Уриу, обнаружив русские корабли, приказал подать сигнал с предложением спустить Андреевские флаги и сдаться. Но не получив на него ответа, флагманский крейсер «Асама» первым открыл артиллерийский огонь по шедшему головным «Варягу». Когда дистанция уменьшилась, русский крейсер открыл из своих орудий ответный огонь. Напряженный морской бой при Чемульпо продолжался около 50 минут. Русские матросы и офицеры проявили в нём образцы мужества и героизма. Крейсер «Варяг», ведя огонь на два борта, нанёс серьёзные повреждения двум японским крейсерам. В ходе боя русские умело маневрировали, но 6—8 снарядов всё-таки попали в наш крейсер. Выстрелами были сбиты все прикрытия для прислуги при орудиях, одна граната сбила 6-ти дюймовое орудие, а следующая затем произвела на судне пожар. Повсюду валялись оторванные части тела, окровавленные куски мяса и трупы. Одним из первых погиб дальномерный офицер мичман Алексей Нирод: неприятельский снаряд попал в него и разорвал на части; от него осталась только одна рука, сжимавшая дальномер.
76 «Варягу» нанесены были опасные подводные пробоины, и он должен был с «Корейцем» вернуться в порт. Командир «Варяга», убедившись в невозможности исправить полученные во время боя повреждения, решил потопить оба судна. Команды были свезены на стоявшие тут же иностранные корабли, после чего «Кореец» был взорван, а на «Варяге» были открыты кингстоны
77 и он медленно погрузился в воду. Также был затоплен российский пароход «Сунгари».
Согласно русским источникам (рапорты Руднева и Беляева, вахтенные журналы кораблей), наблюдалось попадание в кормовой мостик «Асамы» с пожаром и потопление одного из миноносцев. По полученным Рудневым из различных источников (в том числе, слухов) сведениям, крейсер «Такачихо» затонул после боя при переходе в Сасебо, крейсера «Асама» и «Нанива» были поставлены в док для исправления повреждений, японцы свезли на берег 30 убитых. Однако японские исторические и архивные источники утверждают об отсутствии попаданий в корабли японской эскадры, а также каких-либо повреждений и потерь.
Потери русских моряков составили 23 человека убитыми, 10 умерли после боя, ранения различной степени тяжести получили от 50 до 80 человек.
Впоследствии моряки «Варяга» и «Корейца» несколькими эшелонами вернулись на родину через нейтральные порты. Дома им устроили достойную встречу.
В Петербурге героические экипажи «Варяга» и «Корейца» ожидал торжественный приём и встреча с императором Николаем II в Зимнем дворце. Во время приёма царь обратился к героям «Варяга» и «Корейца» с речью: «Я счастлив, братцы, видеть вас всех здоровыми и благополучно вернувшимися. Многие из вас своей кровью занесли в летопись нашего флота дело, достойное подвигов наших предков, дедов и отцов. Теперь и вы прибавили своим подвигом новую страницу в истории нашего флота, присоединили к ним имена „Варяга“ и „Корейца“. Они также станут
