就在俄國海軍從金蘭灣休整之後，前往海參崴時候，日本聯合艦隊司令東鄉平八郎，根據俄國艦隊補給供應情況，也同時斷定俄國艦隊將通過對馬海峽直接前往海參崴。
1905年5月25日，懸掛俄國旗幟的補給艦駛入上海。
由此日本海軍判定俄國艦隊必然就在附近的海域，於是加緊備戰。
俄國東來的艦隊，因爲旅順港已經落入日軍的手中，所以只能駛向海參崴，而到海參崴的航道有二：不是通過對馬海峽進入日本海，便是取道宗谷或輕津海峽，由北海道附近使入日本海。
東鄉平八郎判斷羅茲德文斯基一定會取道對馬海峽，所以將聯合艦隊集中在對馬島嶼與朝鮮的鎮海灣，等待戰爭的到來，東鄉並派出4艘武裝商船及2艘舊式巡洋艦在東海上偵察。
於是東鄉平八郎下令，全艦隊進入戰位，等待着俄國艦隊的到來。
就在這個時候俄國艦隊開始從臺灣附近出發，並於1905年五月26日到達上海附近，27日清晨進入對馬海峽，隨後一場至關重要的海戰拉開了帷幕。
1905年5月27日的清晨，日本武裝商船信濃丸發現了俄國艦隊中的一艘醫護船，雖然羅茲德文斯基下令實施燈火管制，可是這一艘醫護船卻因燈火輝煌而被日艦發現。
經過一番仔細的判定後，信濃丸發出了發現俄國艦隊在203地點向東北航行的電報，日本聯合艦隊的第3、4、5、6戰隊，分別在出羽重遠中將、瓜生外吉中將、片岡七郎中將及東鄉正路少將的領導下，向俄國艦隊方向集中。
停泊在鎮海灣中的日本三笠號戰列艦上，東鄉平八郎下令全軍出動。
日本第六戰隊的和泉號巡洋艦與俄艦接觸，並報告位置在宇久島西北方48公里處向東北航行。
當天海面上起着濃霧，全部漆成灰藍色的日本軍艦不太容易辨認，反倒是俄艦黑色的艦身上鮮黃色塗漆的煙囪成爲明顯的目標，日本巡洋艦隊一直遙遠地監視俄艦的動向，毫不放鬆。
可就在日本巡洋艦認爲俄國海軍目前不會開火的時候，俄奧瑞爾號戰艦向跟蹤的日本巡洋艦首開戰火隨後又在羅茲德文斯基的命令下繼續開火，於是戰爭還沒有開始的時候，日本海軍就已經失去了一艘巡洋艦。
隨後東鄉下令全艦隊出擊，1小時後日本艦隊開始尾隨俄國艦隊前進，在中午11時15分雙方進行了試探性的交火，其他整個上午日本艦隊都像幽靈一樣始終伴隨着俄國艦隊，在日本艦隊剛出現的時候俄軍也是有些驚慌，不過隨後便恢復了正常而羅茲德文斯基在第一時間也讓艦隊進入的臨戰狀態防止日軍的偷襲。
下午1時30分，日、俄雙方接近至10海里戰爭亦由此拉開。
1時55分，東鄉平八郎模仿特拉法爾加海戰時的納爾遜，發出“皇國興廢在此一戰、各員一層奮勵努力”信號，隨即爲獲得有利攻擊陣位，東鄉平八郎毅然下令敵前大轉向，利用側舷的全部火力迎戰俄軍的艦首火力，但是羅茲德文斯基並沒有使得東鄉平八郎如願，而是讓艦隊向右轉向繞過的東鄉平八郎的火力點。
然而羅茲德文斯基的這一舉動並沒有讓東鄉平八郎放棄，於是隨後東鄉平八郎開始利用自己這一方的速度優勢向左轉向試圖再一次的獲得優先地位。
作爲對應羅茲德文斯基也在試圖獲得對自己這一方有利的戰鬥地位，但是就在雙方的最高指揮官下達了一系列的命令之後反而雙方都沒有如願的獲得優勢地位。
一連串的命令反而使得兩方的艦隊越來越靠近，眼見艦隊開始靠近卻都沒有獲得優勢地位，於是戰鬥只能在混戰中開始。
在隨後的數個小時的海戰當中，日俄雙方都遭遇了極大的重創。
混戰開始之後東鄉下令各艦依次轉向左舷16點，此舉令日本軍官與俄國艦隊都大吃一驚，因爲如此一來，轉向後的艦隻會妨礙未轉向軍艦的射擊，而且那一個轉向點，使正在轉向的日艦成爲俄艦的靶子。
就在這一瞬間羅茲德文斯基抓住了優勢命令各艦紛紛開火，日艦仍依次轉向而受到俄艦的攻擊，淺間號裝甲巡洋艦艦尾中彈3發，舵機轉動失靈，隨即又被命中數發炮彈，其中一發恰好命中其彈藥庫，淺間號當場沉沒其它日艦亦受到不同程度的損傷。
轉向完成之後，日艦開始集中火力攻擊俄國第二戰隊其旗艦奧斯里雅比亞號頓時被命中，第二艦隊立馬失去的指揮陷入混亂，所幸羅茲德文斯基及時接過了指揮權吩咐各艦開始反擊。
此後的一段時間，因爲海上薄霧的原因，日本艦隊一度失去俄艦的蹤影，但時而又重新捕捉到俄艦主力。
在之後的混戰當中俄軍的第一艦隊和第二艦隊先後遭到來自日方的重創，數艘戰艦被擊沉以及部分戰艦受創退出戰鬥，而最悲劇的就當屬第二艦隊的旗艦奧斯里雅比亞號，被擊中了之後還不算原本不是什麼大傷，但是日艦就好像看準了奧斯里雅比亞號，導致奧斯里雅比亞號不過才過了十五分鐘便被擊沉。
相對於俄軍艦隊所受到的重創，日艦也沒好到哪裡去淺間號在交戰之初便被直接擊沉，隨後聯合艦隊的旗艦三笠艦亦是遭到炮擊，指示東鄉平八郎在一段時間內失去了對艦隊的指揮權，而羅茲德文斯基也及時的把握住了時機在這段時間內俄軍擊沉了聯合艦隊的六艘巡洋艦，同時也有三艘巡洋艦遭到重創退出戰場。
隨後的混戰當中日艦第一二戰隊又損失了艦隊當中的所有驅逐艦，在這種情況之下東鄉平八郎不得不將第五、六戰隊投入戰鬥，其剛投入戰鬥“浪速”、“音羽”號便受到俄軍的重創，不過雖然遭到了重創，但是局勢還是被東鄉平八郎給挽回了過來。
此刻羅茲德文斯基眼見自己這一方已經失去了優勢，立馬下達了突圍了命令，在突圍的命令下達之後各艦開始突圍，但是依舊被日艦緊緊的咬住俄國巡洋艦“斯維特拉娜”號亦是在突圍當中被擊沉，直到被擊沉。
一艘舊式巡洋艦“頓斯科伊”在頑強地抵抗了6艘日本巡洋艦的圍攻之後，纔給俄軍提供了突圍的希望。
在突圍進行之後，俄軍大部分的艦隊均被聯合艦隊追上擊沉，但是聯合艦隊也付出了三艘戰列艦被擊沉，大部分戰艦重創的代價，其中的部分戰艦更是在戰鬥結束後沉沒。
經此一戰，俄軍只有七艘戰艦成功突圍，但是爲了追擊突圍的俄軍聯合艦隊也付出了極大的代價，可以說這一次的戰鬥雙方都是受到重大的創傷，兩國的海軍都是精銳盡失，要想恢復過來的話，沒個五六年的時間就別談了。