Около 13.20 расстояние между сражающимися эскадрами увеличилось и только концевые корабли продолжали вести бой. Адмирал Того, разойдясь контр-курсами с русской эскадрой, опоздал с поворотом вправо и, выполнив этот маневр, оказался за кормой русской эскадры. Таким образом, на первом этапе боя русским удалось прорваться, оставив противника за кормой. Адмирал Витгефт приказал ложиться на курс 8062 50 О по направлению к Корейскому проливу. На «Цесаревиче» взвился сигнал: «Больше ход!» Броненосец увеличил ход до четырнадцати узлов, но тут же пришлось его снова уменьшить, поскольку стали отставить концевые броненосцы «Севастополь» и «Полтава».
В 13.45 японцы нагнали русскую эскадру, и бой возобновился по всей линии, однако, в 14.30 адмирал Того, изменив курс вправо, снова отстал, и бой прервался. С «Цесаревича» запросили все корабли о повреждениях и убедились, что все повреждения незначительны. На все корабли был передан приказ в случае возобновления боя сосредоточить огонь на головном корабле противника. К борту «Цесаревича» был подозван миноносец «Выносливый», на котором находился начальник отряда миноносцев, капитан 2 ранга Елисеев, и ему были даны инструкции о торпедных атаках на противника в случае возможности. Адмирал Витгефт со своим штабом разбирал возможные варианты продолжения боя, приказав поднять сигнал: «С заходом солнца следить за адмиралом».
Между тем, японцы, пользуясь преимуществом в ходе, нагоняли русскую эскадру, и в 16.45 бой возобновился со всем ожесточением. Идя параллельным курсом, японцы охватили голову русской эскадры и к пяти часам обрушили всю мопдь своего огня на «Цесаревича». Броненосец, ведя яростный ответный огонь, шел, в буквальном смысле слова, засыпаемый снарядами, временами скрываясь из вида в черном дыму разрывов.
Примерно в 17.25 японский снаряд разорвался между верхним и нижним мостиками «Цесаревича». Взрывом этого снаряда адмирал Витгефт был разорван на куски. (Позднее была обнаружена только его нога, опознанная по меткам на белье). Вместе с адмиралом этим же снарядом были убиты флагманский штурман, лейтенант Азарьев и флаг-офицер, мичман Эл-лис (обоим оторвало головы) и три матроса. Были тяжело ранены начальник штаба эскадры контр-адмирал Матусевич, старший флаг-офицер, лейтенант Кедров и младший флаг-офицер, мичман Кушинников. Взрывом была полностью уничтожена рубка беспроволочного телеграфа. Командир «Цесаревича» капитан 1 ранга Иванов, находившийся впереди боевой рубки, этим взрывом был сбит с ног и на какое-то врд^(ГЯ потерял сознание. Придя в себя и узнав, что выведено из строя все командование эскадрой, капитан 1 ранга Иванов решил сам вести эскадру, не объявляя о гибели командующего, чтобы , не вызвать растерянности на других кораблях. Однако, в этот момент на мостике «Цесаревича» у коечных сеток взорвался еще один 12" японский снаряд, головная часть которого и осколки влетели в боевую рубку, убив и ранив всех находившихся там, в том числе смертельно старшего-штурмана лейтенанта Драгичевича-Никшича. Командир «Цесаревича» упал без сознания, получив осколок в голову и руку. Были ранены и оглушены взрывом лейтенанты Ненюков, Пилкин и Кетлинский, а также, все находящиеся в рубке матросы, включая рулевого. Перед самым взрывом руль на «Цесаревиче» был положен на борт и неуправляемый броненосец покатился влево из строя. Первым пришел в себя раненный в висок лейтенант Ненюков. Увидев, что в рубке, кроме убитых и лежащих без сознания, никого нет, лейтенант бросился к рулю, чтобы вернуть броненосец в строй, но руль не действовал. Попытка перевести управление кораблем в центральный пост на нижний штурвал также ни к чему не привела, поскольку после взрыва снаряда в рубке все покинули центральный пост. Броненосец продолжал катиться влево. В этот момент пришел в себя лейтенант Пил-кин, а в рубке появился мичман Дараган. Лейтенант Ненюков приказала Дарагану завести румпель-тали. (Этот способ управления на «Цесаревиче» был разработан очень хорошо: тали брались на паровой кормовой шпиль, а приказы передавались через переговорную трубу). Пока этот приказ выполнялся, лейтенант Нещоков был вторично ранен и, чувствуя, что теряет сознание, передал командование кораблем лейтенанту Пилкину. Лейтенант Пилкин, убедившись, что машинный телеграф и телефон не действуют, перевел управление броненосцем в центральный пост. Ему помогали вернувшийся после перевязки старший рулевой Лавров и мичман Дараган, закончивший заводку румпель-талей.