В середине дня 9 февраля капитан Руднев с российского крейсера «Варяг» получил письмо от адмирала Уриу. «Если русские корабли не уйдут из гавани Чемульпо до полудня, они будут затоплены на якоре», — сообщил японский командующий. А если они уйдут, угрожал адмирал, то будут затоплены в открытом море. У русских не было выбора: японцы обладали во много раз превосходящими силами.
В семь часов капитан Руднев собрал свои слабые силы в гавани. Через полчаса действия начались. Два японских крейсера, «Нанива» и «Асама», пошли на юг, а «Чиоде» последовал за ними. Три других крейсера вышли в открытое море тоже с целью атаковать русский крейсер и канонерскую лодку.
Через пятнадцать минут «Асама» открыл огонь из восьмидюймовых орудий с расстояния в 7500 ярдов. «Варяг» ответил огнем, но не очень эффективным. Артиллерийская стрельба русских была не слишком хорошей, похоже, что у них было не все в порядке с артиллерийскими снарядами. Большинство из них не взрывались ни в воде, ни на японских кораблях. Японцы стреляли очень хорошо, и их вооружение было в отличном состоянии. Один из первых снарядов ушел в сторону от капитанского мостика «Варяга», вызвал пожар в штурманской рубке и убил штурмана и наводящих на главном боевом посту. Вскоре четырнадцать орудий «Варяга» были выведены из строя, и большая часть команды главных орудий была ранена или убита. Начались пожары в двух местах, один на юте, а другой на бронированной палубе, но оба были ликвидированы командами. Рулевое устройство «Варяга» было выведено из строя через пятнадцать минут после нападения, и капитану пришлось вручную крутить штурвал. В это же время капитан Руднев был ранен снарядом, который разорвался около фок-мачты, а сигнальщик и барабанщик, передававшие его команды звуковыми сигналами, которые можно было слышать и понимать по всему кораблю, были убиты при этом выстреле.
Капитан Руднев попытался спастись за маленьким островом, чтобы выйти из-под огня, но «Варягом» было тяжело управлять, поскольку его рулевое управление было нарушено. К этому времени все японские крейсеры присоединились к стрельбе по русскому кораблю, и один восьмидюймовый снаряд, очевидно с «Асамы», попал в его левый борт ниже ватерлинии, сделав огромную пробоину, через которую хлынула вода и в несколько мгновений вызвала сильный крен на левый борт.
Под непрерывным японским огнем «Варяг» вошел в гавань Чемульпо под прикрытие военных кораблей нейтральных стран. Капитан Руднев знал, что он должен пожертвовать кораблем, но хотел спасти команду. Японские корабли шли за ним по пятам в открытую гавань, продолжая обстрел, но вскоре прекратили его, боясь задеть нейтральные суда и спровоцировать международный инцидент, который может заставить другие страны вступить в войну. Так «Варяг» или то, что от него осталось, был на некоторое время спасен.
«Кореец» попробовал, но не сумел сыграть хоть какую-то роль в происходящих событиях. Его орудия были слишком слабы и стреляли на короткую дистанцию, поэтому он не мог подойти ближе к любому атакующему японцу и вскоре перестал расходовать снаряды, которые все время не долетали. Японцы просто не обращали внимания на эту канонерку, сосредоточившись на крейсере. Один хороший выстрел, и «Кореец» взлетит на воздух.
В час дня оба русских корабля бросили якорь в гавани Чемульпо, и британские, французские, итальянские и американские суда прислали своих врачей для помощи раненым. Капитан Руднев теперь решил лучше затопить оба судна, чем позволить им попасть в руки врагов. Команды перебрались на французские, английские и итальянские корабли (американцы отказались взять русских моряков, чтобы не нарушить свой нейтралитет), открыли кингстоны «Варяга», и он стал медленно крениться на левый борт, пока его мачты не легли на воду. В «Кореец» заложили заряд и взорвали его. Русский пароход «Сунгари», который также был в гавани, был расстрелян и затонул. Там, где надо было себя не щадить, русские выполняли свой долг до конца. В неравном бою они выпустили по нападавшим японцам 1100 снарядов. Японцы никогда не сообщали, какие повреждения нанес им «Варяг».
Русские не скрывали своих потерь в этом первом столкновении и неготовности русского военно-морского флота к войне.
В Чемульпо наиболее серьезно раненные русские моряки были высажены на берег, остальные были переправлены в Гонконг и Сайгон, где англичане и французы позволили им вернуться домой, взяв с них обещание не участвовать больше в войне. Те русские, которые остались в Чемульпо и выздоровели, были отправлены домой на тех же условиях.
9 февраля, как только ушел японский флот, русские в Порт-Артуре стали оценивать разрушения и пытаться восстановить свои корабли. В этот день «Новик» притащили в док, а севшая на мель «Паллада» была вытащена и приведена в гавань. Вскоре броненосец «Цесаревич» также был поднят и приведен в гавань. «Ретвизан» между тем получил слишком сильные повреждения. Его нельзя было поднять, и он остался на мелководье прохода, называемом «горловиной», и частично блокировал проход в гавань.