Спустя несколько минут справа, на сходящемся курсе, с «Сумы» были обнаружены еще пять русских бронепалубных крейсеров, быстро догонявших 6-й отряд и уже почти вышедших на траверз всего в 35 кабельтовых. Одновременно были обнаружены дымы многих кораблей прямо по курсу, выходивших из-за мыса. Предположив, что это идет на помощь 7-й боевой отряд контр-адмирала Ямада и разглядев идущие впереди миноносцы из 15-го отряда «Хибари» и «Удзура», начальник 6-го боевого отряда приказал лечь на северо-запад и принять бой левым бортом, надеясь отбиться от русских крейсеров с подходом подкреплений.
В 10:40 все три крейсера, повернув последовательно менее чем в полутора милях от мыса Коозаки и сбавив ход, легли на новый курс, открыв жаркий огонь по двум первым и ближайшим русским кораблям. Но небольшие японские крейсера зарывались в волны почти до мостиков, и их носовые плутонги не могли действовать. Орудийным расчетам приходилось работать в зюйдвестках на раскачивавшихся палубах. Резкий ветер, бивший в левую скулу, обдавал палубы и мостики тучами соленых брызг, что делало дальномеры и прицелы бесполезными, поэтому стрелять приходилось на глазок.
К этому времени шедший вторым в японской колонне «Чиода» уже имел серьезные повреждения в корме и едва слушался руля. К тому же он начал терять скорость, все больше отставая от остальных. Дистанция до противника была примерно в 20 кабельтовых.
Три русских крейсера, гнавшиеся за 6-м отрядом, тут же легли на параллельный курс и начали отвечать, пристреливаясь двух-трехорудийными залпами. В этот момент их удалось опознать как «Дмитрий Донской», шедший головным, «Россия» и «Громобой». Быстро пристрелявшись, они открыли очень мощный огонь всем бортом. Почти сразу же тяжелый русский снаряд проломил броню борта и скос бронепалубы напротив машинного отделения крейсера «Чиода» и разорвался над цилиндром высокого давления левой машины. В результате чего осколками перебило главный паропровод и повредило два опорных подшипника и холодильник, а головная часть снаряда пробила внутреннюю переборку угольной ямы противоположного правого борта и застряла в наружной обшивке подводной части. Через образовавшуюся течь начало заливать сначала угольную яму, а потом и машинное отделение. Крейсер окутался паром и замер на месте.
Его перестали обстреливать, сосредоточив массированный огонь на «Акицусиме», и без того получавшем попадание за попаданием и почти утратившем боеспособность. Не выдержав столь интенсивного обстрела, тяжело поврежденный крейсер в 10:55 отвернул вправо. Его командир, видимо, хотел приткнуть свой корабль к берегу, но большие разрушения надводного борта и несколько подводных пробоин, особенно в носу, вызвали очень обширные затопления. Уже в 11:05 он сел носом по палубу бака и продолжал быстро тонуть, постепенно заваливаясь на левый борт. Так и не дойдя до берега 4 кабельтова, машины пришлось остановить и начать спасение экипажа. Люди просто прыгали в воду, откуда их подбирали миноносцы.