战斗打响后,日本第一游击队见北洋水师来势凶猛,又因“畏定、镇二船甚于虎豹”,故在距离北洋水师五千公尺以外突然向左大转弯,直扑右翼的“超勇舰”。第一游击队旗舰“吉野”在进至距“超勇”三千公尺时,开始炮击,“高千穗”、“秋津洲”、“浪速”随之开炮。“超勇”虽处绝对劣势,仍拼死作战。下午1时零8分,“吉野”被击中,甲板上发生爆炸,“高千穗”、“秋津洲”也先后中弹受伤。但“超勇舰”终究敌不过新式的日本战舰,下午1时20分,一颗敌弹击入受伤累累的“超勇”舰舱内,引发大火,全舰顿时被黑烟笼罩。在日舰的不断炮击下,“超勇”右舷逐渐倾斜,但“犹以前部炮火发射不停”,当日本军舰“比睿”闯入北洋舰队阵中,企图抄近路与本队会合时,恰好和“超勇”相遇,“超勇”官兵在烈焰升腾中,一面救火,一面发炮攻击“比睿”。之后,日本本队绕到北洋舰队阵后,聚攻“超勇”,孤立无援的“超勇”在日舰炮火的集中攻击下,于下午2时23分最终沉没于东经123度32分1秒,北纬39度35分的黄海海域之中。