Капитан канонерской лодки «Кореец» созвал свою команду и объявил, что намеревается встретиться лицом к лицу с японцами. «Мы должны сражаться, чтобы сохранить честь российского флага. Помните, братцы, мы будем сражаться до последнего. Мы не сдадимся. Да поможет нам Бог! Перекрестимся и будем смело сражаться за нашу Веру, за нашего Царя и за Святую Русь!». Судовой оркестр заиграл «Боже, царя храни» и экипаж запел прекрасными русскими голосами. Вся бухта молча слушала этот хор. Затем, по мере прохождения мимо иностранных судов, «Варяг» и «Кореец» попеременно исполняли «Марсельезу», «Боже, храни короля» и другие гимны. Вослед неслось «Ура!» и «Вива!» Матросы иностранных экипажей махали бескозырками и всячески приветствовали оба судна. Даже англичане прокричали трехкратное ура. Капитан Бейли записал в своей кабине: «Здесь были 694 русских офицера и матроса, идущих на определенную смерть — поскольку никто не ожидал, чтобы они, или большинство из них, переживут этот страшно неравный поединок — и все же их оркестры играли, они приветствовали нас, и мы сердечно отвечали на эти приветствия — нас было четыреста английских офицеров и матросов, восхищенных тем, как русские встретили свою судьбу».
В 11 часов утра японский адмирал Юрию приказал своей эскадре готовиться к бою и потопить русские корабли при входе в бухту Чемульпо. Был ясный, светлый день, море было спокойным, видимость просто не могла быть лучше, и обе стороны готовились к развязке. Крейсер «Варяг» шел первым, на мачте боевой флаг; сзади спешил, стараясь не отстать, уже далеко не новый «Кореец». Первый залп с «Асамы» прозвучал без четверти полдень. Били 8-дюймовые орудия. «Варяг» ответил незамедлительно. Бой продолжался чуть больше часа. Наличие тихохода «Корейца» лишало «Варяг» шанса пробиться сквозь строй японской эскадры — своих русские моряки не бросают.
Основные удары по «Варягу» наносили «Асама» и «Чиода». Уже пять первых залпов нанесли русскому крейсеру тяжелые раны. Капитан Руднев был ранен в лицо осколком. Была повреждена система управления кораблем, и «Варяг» начал двигаться зигзагами, находясь в полукруге японских кораблей. Восьмидюймовый снаряд из «Асамы» попал «Варягу» ниже ватерлинии и корабль накренился. Матросы плакали у своих пушек, не прекращая отчаянный ответный огонь. Офицер с «Варяга»: «Они стояли у своих орудий словно окаменевшие и оглохшие, действуя как автоматы. Ничем не прикрытые, они были уязвимы для пуль и снарядов противника, которые разносили их на части». Японцы сближались, не прекращая огонь. Впереди всех шел «Асама», дымящий «хорошим уэллским углем». «Чиода» буквально расстреливала «Корейца» с его слабыми двумя пушками, и вскоре два русских корабля в огне начали возвращаться в гавань Чемульпо. Корреспондент лондонской «Таймс»: «Это была самоубийственная дуэль». Сразу же обнаружились недостатки русской корабельной артиллерии; большинство русских снарядов, начиненных якобы качественным взрывчатым веществом, так и не взорвались. Японцы использовали взрывчатку «Шимозе», изобретенную японским артиллерийским офицером в 1885 г. Ее качества позволяют говорить о ней как о лучшей для своего времени, она вызывала пожары на палубах.
Оба русских корабля, обезображенные огнем японской судовой артиллерии, возвратились на место прежней стоянки. Иностранные суда (кроме американцев) согласились взять на борт русских моряков. Капитаны «Варяга» и «Корейца» приняли решение потопить свои корабли. Первым загорелся транспорт «Сунгари», он горел весь следующий день. На виду у всего населения Чемульпо раздался страшный взрыв, лопнули окна домов — это «Кореец» пошел ко дну. Красавец «Варяг» пошел на дно медленно. Взрывы образовали огромные пробоины в его бортах. Практически все палубные офицеры и матросы погибли в бою, почти все артиллерийские расчеты уже покинули этот мир. Кровь обагрила палубу. Команда открыла кингстоны и одну за другой взорвала торпеды. Корабль в конечном счете пошел в бездну. Сорок один человек скрылся под водой вместе с кораблем под звуки национального гимна России — иностранные корабли «приютили» русские оркестры. Экипажи — все кто остался — сняли головные уборы. Адирал Юрийю поднял на мачте своего флагмана: «Банзай Его Императорскому Величеству». Японские экипажи обратились к востоку и поклонились.
Прошло много лет, но и сейчас нехорошо касаться некоторых чувствительных тем. «Варяг» сделал 1105 выстрелов в основном из шестидюймовых орудий. Доклады русской стороны говорят о причиненном японской стороне ущербе. Японцы утверждают, что огонь «Варяга» не нанес им ущерба. В реальности они потеряли в самом начале торпедный катер. Но адмирал Того пишет японскому принцу крови: «Ни одного попадания». Нейтральные источники говорят, что «Асама» понесла такой ущерб, что должна была возвратиться в Японию для капитального ремонта.