Адмирал Того, в начале боя приказавший 3-му боевому отряду С. Дева атаковать русские крейсера с севера, предпринял нерешительную попытку догнать противника. Около 13 час. 50 мин. на дистанции свыше 55 кб обе стороны возобновили огонь из орудий главного калибра. Адмирал С. Дева с четырьмя крейсерами, сблизившись с отставшей «Полтавой» на 40 кб, попытался поставить русских в два огня. Здесь старший артиллерист «Полтавы» лейтенант А.И. Рыков блестяще оправдал довоенную репутацию своего корабля — лучшего (призового) по стрельбе на эскадре. Один из первых снарядов из кормовой 12" башни броненосца поразил головной крейсер адмирала С. Дева — «Якумо» — и вывел из строя 22 человека. Японский флагман поспешил отвернуть и вскоре отстал. В 14 час. 30 мин. адмирал X. Того, склонившись несколько вправо, тоже прекратил бой.
Казалось, путь русским во Владивосток был открыт. Но японцы имели превосходство на 1–2 уз в скорости, поэтому следовало ожидать продолжения боя. Разбор вариантов маневрирования, который В.К. Витгефт провёл с офицерами штаба, показал, что попытки занять выгодное положение заставляли отклониться от маршрута прорыва или приводили к сближению с противником, а, следовательно, к решительному бою. По мнению командующего эскадрой, этот бой мог привести к серьёзным повреждениям кораблей и лишить их возможности продолжать поход или отразить ночные атаки миноносцев. Офицеры штаба предлагали адмиралу продолжить бой в строю фронта на отступлении с целью использовать преимущества больших углов обстрела орудий русских кораблей. Выгоды строя фронта были сомнительны, и В.К. Витгефт отказался от такого перестроения.
Оставался ещё шанс задержать погоню противника, атаковав его миноносцами при поддержке крейсеров, которые потом могли догнать главные силы. Но русский командующий был не в состоянии принять решение, которое могло вырвать инициативу у адмирала X. Того и прервать пассивное продвижение эскадры вперед. Колебания В.К. Витгефта ярко проявились даже в постановке задач миноносцам на ночь, когда капитан 2-го ранга Е.П. Елисеев на «Выносливом» по сигналу подошел к «Цесаревичу». На вопрос, сможет ли он в тёмное время суток атаковать японцев, начальник отряда миноносцев ответил утвердительно, но просил дать ему координаты и наведение, а также указать рандеву для встречи с эскадрой на следующее утро. Прождав совещавшихся адмирала и офицеров штаба более часа, Е.П. Елисеев так и не получил конкретной задачи. В последний момент контр-адмирал Н. А. Матусевич приказал ему держаться ночью у своих броненосцев. 28
Последние приказания В.К. Витгефта предписывали «в случае боя начальнику отряда крейсеров действовать по усмотрению», а ночью не светить прожекторами. Наконец, семафором по линии с «Цесаревича» передали команду стрелять по головному кораблю противника, а с заходом солнца следить за адмиралом. Командующий эскадрой рассчитывал, что до наступления темноты его корабли не успеют получить тяжёлых повреждений, а ночью эскадре удастся «ложными поворотами» оторваться от японцев. Вечером следующего дня он предполагал уже обойти с востока остров Цусима.
Между тем, X. Того тоже оказался в трудном положении, заставившем его изменить первоначальный замысел. Запутанные маневры и нерешительная атака на больших дистанциях не смогли остановить русских. Впереди них в Корейском проливе находилась только эскадра X. Камимура, слишком слабая, чтобы помешать прорыву. Поэтому X. Того, присоединив к своему отряду крейсер «Якумо», решил дождаться, когда В.К. Витгефт отойдёт подальше от Порт-Артура, и возобновить бой на параллельных курсах, используя выгодное положение относительно заходящего солнца.
Около 16 час. 45 мин., в 45 милях к северу от мыса Шантунг, «Микаса» вышел на траверз несколько отставшей от эскадры «Полтавы». Японские орудия молчали, упуская возможность вывести из строя этот броненосец. В это время командир правой носовой 6" башни «Полтавы» мичман А. А. Пчельников приказал дать залп по «Микаса» и тем самым положил начало продолжению боя. По наблюдениям русских оба снаряда поразили флагманский броненосец X. Того, а ответный японский залп из десятков орудий лёг с недолётом 2 кб от «Полтавы». Другие русские корабли немедленно открыли огонь, сосредоточив его на «Микаса», который медленно выдвигался вперед, обгоняя главные силы эскадры.