Опускавшийся на море предвечерний туман заметно ухудшил видимость и мешал сторонам вести артиллерийский огонь. В 19.12 командующий японским Соединенным флотом приказал прекратить артиллерийский бой. Адмирал Того с наступлением ночной темноты отправил Для атаки разрозненной русской эскадры, уходившей от островов Цусима в северном направлении, до 60 миноносцев. Им приказывалось торпедными ударами довершить успех дневного боя.
Соединенный флот Японии в дневном бою не потерял ни одного броненосного корабля, но многие из них получили серьезные боевые повреждения. Особенно пострадали от русских снарядов эскадренные броненосцы «Микаса» (во флагманский корабль Того попало до 36 снарядов) и «Фудзи», броненосные крейсеры «Кассуга», «Акама», «Якума», «Ивате», «Такачихо». Один из попавших в «Кассугу» снарядов ударил ниже ватерлинии, и вода затопила угольную яму и стала поступать в котельное отделение. Пришлось погасить топки, вывести из действия несколько котлов и выйти из боя. Один из русских снарядов прострелил крейсер «Такачихо» насквозь и улетел в море, так и не разорвавшись.
Отряды японских миноносцев, охватывая русскую эскадру со всех сторон, совершили много атак на ее корабли и выпустили по ним 75 торпед с дистанции от 1 до 3 кабельтовых. Только 6 из них попали в цель. Отражая атаки противника, русская корабельная артиллерия потопила два японских миноносца и еще 12 сильно повредила. Кроме того, в результате столкновений в ночи между собой во время проведения торпедных атак японцы потеряли еще один миноносец и еще шесть получили сильные повреждения.
Ночью тремя попаданиями торпед был потоплен эскадренный броненосец «Наварин» (из его команды спаслись всего три матроса) и сильно были повреждены два броненосных крейсера — «Адмирал Нахимов» и «Владимир Мономах». Их командам пришлось, открыв кингстоны, затопить свои корабли, чтобы они не достались врагу как трофеи. Такое решение было принято командирами крейсеров капитанами 1 -го ранга А.А. Родионовым и В.А. Поповым. Израненный после девяти минных (торпедных) атак «Владимир Мономах» ушел под воду с поднятым Андреевским флагом.
Затонул сильно поврежденный в бою эскадренный броненосец «Сисой Великий» — его командир капитан 1-го ранга М.В. Озеров приказал открыть кингстоны. Его команда вела бой до последнего и до последнего боролась за жизнь своего корабля. Тем морякам, которым посчастливилось спастись с уходящих на дно кораблей, была уготовлена участь военнопленных.
В ходе уклонения от ночных атак японских миноносцев походный строй русской эскадры окончательно расстроился, и от Корейского пролива она уже двигалась курсом на Владивосток отдельными кораблями, каждый из которых самостоятельно выбирал себе маршрут. Контр-адмирал Небогатое вел за собой (флагманским кораблем был эскадренный броненосец «Император Николай I») эскадренный броненосец «Орел» (сильно пострадавший в дневном бою), броненосцы береговой обороны «Генерал-адмирал Апраксин» и «Адмирал Сенявин».
С наступлением рассвета броненосные силы Соединенного флота начали преследование в Японском море остатков 2-й Тихоокеанской эскадры. Ими был обнаружен отряд Небогатова, который безнадежно уступал противнику в скорости хода. Когда русский отряд оказался в окружении главных сил Того, контр-адмирал Небогатов решился сдаться: японцы могли расстреливать его корабли с такой дистанции, на которую артиллерия главных калибров русских кораблей не стреляла. Сделал он это, несмотря на готовность экипажей его кораблей принять неравный бой.
Эскадренный броненосец «Орел» начал было вести по японским кораблям огонь, как вдруг на флагманском корабле неожиданно для всех появились сигналы «окружен» и «сдаюсь». После этого контр-адмирал Небогатов приказал передать семафором:
«Окруженный превосходными силами противника, вынужден сдаться». Позднее он объяснял свое решение желанием избежать напрасного кровопролития и сохранить 5 тысяч жизней моряков.
Сдача отряда Небогатова не была единственной в ходе Цусимского морского сражения. Южнее острова Дажелет спустил перед врагом славный Андреевский флаг эскадренный миноносец «Бедовый», на котором находился раненый командующий эскадрой вице-адмирал Рожественский. Этот эсминец в бою 14 мая не сделал ни одного выстрела и сдался на следующий день японскому эсминцу «Сазанами» без боя, даже не пытаясь прорваться на север.
Весь световой день 15 мая в разных точках южной части Японского моря происходили бои отдельных русских кораблей с японскими корабельными отрядами. Неравный бой принял броненосец береговой обороны «Адмирал Ушаков» под командованием капитана 1-го ранга В.Н. Миклухо-Маклая (брата известного исследователя острова Новой Гвинеи). Он бесстрашно сразился с двумя вражескими броненосными крейсерами, «Ивате» (был накрыт первыми же русскими снарядами) и «Ясума» (от попаданий русских снарядов на нем вспыхнул пожар). Броненосец был затоплен своей командой только после того, как были израсходованы почти все снаряды для орудий главных калибров и выведена из строя артиллерия.