В тот день морского сражения под Порт-Артуром не состоялось. Произошло иное. В 9 часов 43 минуты у правого борта русского флагманского корабля раздался хорошо слышимый над морем взрыв. Над броненосцем мгновенно вырос громадный, раза в два превышающий его высоту столб черно-бурого дыма и пламени, который совершенно окутал корабль. Затем раздался другой взрыв — под мостиком и более сильный. Из сердцевины «Петропавловска» вылетела масса огня с желто-зеленым и бурым дымом. Силой взрыва были сорваны носовая башня, фок-мачта, мостик, трубы, часть кожуха. Мачта всей тяжестью обрушилась на развороченный мостик, где находился Макаров. Один из сигнальщиков — Бочков пытался спасти командующего, лежащего ничком в крови на мостике. Но корабль шел на дно, и матроса смыло.
Эскадренный броненосец после второго взрыва резко накренился на правый борт, затем его корма приподнялась, обнажив работающий в воздухе винт, который крошил падающих в воду людей. Когда купол дыма и пламени несколько поднялся вверх и развеялся, корпус броненосного корабля наполовину своей длины уже был под водой и высоко поднятая, вся объятая пламенем корма быстро уходила в воду, усеянную плавающими обломками и тонущими людьми.
Вся эта трагедия произошла на глазах порт-артурской эскадры и артиллеристов крепостных береговых батарей в течение всего двух минут. Когда некоторое время спустя водолазы обследуют погибший эскадренный броненосец, то они увидят, что мощный взрыв разорвал «Петропавловск» на две части.
Кроме командующего флотом Тихого океана, на флагманском броненосце погибли начальник штаба флота контр-адмирал М.П. Молас, 27 офицеров и 630 матросов, а также знаменитый русский художник-баталист Василий Верещагин. Спасти удалось лишь немногих — 73 матроса, 5 младших офицеров, контуженого командира «Петропавловска» капитана 1-го ранга В. Яковлева и великого князя Кирилла Владимировича, представлявшего династию Романовых на театре Русско-японской войны.
По заключению морского технического комитета броненосец коснулся мины (или минной банки — по другим предположениям). После ее взрыва под носовыми минными аппаратами и погребами «Петропавловска» произошли взрывы от детонации пироксилина в судовых минах (в носовой части броненосца хранилось до 50 мин заграждения) и 12-дюймовых снарядов, воспламенение и взрыв пороховых и патронных погребов и взрыв цилиндрических котлов. Спустя некоторое время возле того самого места, где погиб «Петропавловск», водолазы обнаружили «минный букет» — целую связку японских мин.
Гибель выдающегося русского флотоводца потрясла Россию и вызвала широкий отклик за рубежом. Макаров командовал флотом Тихого океана всего 36 дней, но и за это короткое время сумел сделать очень многое для обороны Порт-Артура, оставив глубокий след в сердцах защитников русской крепости. С гибелью командующего Тихоокеанский флот остался без действительно боевого руководителя. Макаров оказался единственным флотоводцем, который был способен изменить ход войны на море в пользу России.
Как в России, так и за границей, в том числе и в Японии, порт-артурской трагедии 13 апреля было уделено большое внимание. Причем и в печати, и в официальных военных кругах почти единогласно признавалось, что главной потерей для России была гибель флотоводца, а не сильнейшего в составе Тихоокеанской эскадры эскадренного броненосца «Петропавловск». Так, английская газета «Таймс» писала: