Утром  12 августа "Россия", "Громобой" и "Рюрик" вышли в море. В ночь на 13 августа они шли 12-узловым ходом в кильватерной колонне, днем развернулись в строй фронта с интервалом 30-50 кабельтов, чтобы как можно большее пространство охватить наблюдением и не разойтись с порт-артурской эскадрой.

Командующий отрядом, по своим расчетам, предполагал встретить Витгефта
в середине дня 13 августа примерно на траверзе острова Дажелет. Но его расчеты не оправдались. Миновав Дажелет и выйдя на параллель Фузана ранним утром 14 августа, командующий отрядом крейсеров, как ему было приказано, решил в этом районе ждать порт-артурские корабли.

В 4 часа 50 минут сигнальщики на "России" внезапно увидели во мгле силуэты четырех кораблей, шедших параллельным курсом с отрядом. Через несколько минут были опознаны крейсера "Идзума", "Токива", "Адзума" и "Ивате". Неприятель находился примерно в 8 милях севернее, следовательно, русские оказались отрезанными от Владивостока и боя нельзя было избежать. Обе стороны начали маневрировать. Японцы, имея превосходство в силе, большую на 3 узла скорость и лучшие условия для ведения огня, стремились навязать бой.

Когда корабли сблизились до 60 кабельтов, японцы около 5 часов 20 минут открыли огонь. На русских крейсерах взвились стеньговые флаги, и из орудий левого борта "России" и "Громобоя" был открыт ответный огонь. После первых же залпов раздались сильные взрывы на "Ивате" и на "Адзуме". Бой начался удачно для русских. Позднее из японских сообщений стало известно, что тяжелый снаряд проник в батарею "Ивате", разбив при этом три 152- и одно 75-мм орудие.

Скоро снаряды неприятеля накрыли русские корабли, появились убитые и раненые.
На четырнадцатой минуте боя начался сильный пожар на "Рюрике", крейсер вышел
из строя, но ненадолго, пожар быстро потушили. Около 6 часов к японцам подошел легкий крейсер "Напива". В это время русские крейсера изменили курс и пошли
на северо-запад; японские корабли, в свою очередь, легли на параллельный курс.

В 6 часов 28 минут "Рюрик", шедший концевым, поднял сигнал: "Руль не действует".
Для русских это был серьезный удар, так как по силе бортового залпа "Рюрик" был сильнейшим в отряде. "Россия" и "Громобой" повернули на помощь к подбитому крейсеру. Около двух часов они вели бой, чтобы дать возможность “Рюрику” исправить повреждение, но напрасно.

Ввиду того что поврежденному кораблю помочь было нельзя, а наоборот, можно было потерять и два других крейсера, командующий отрядом крейсеров повернул во Владивосток, рассчитывая, что японцы будут его преследовать и оставят в покое "Рюрик", команда которого, воспользовавшись этим, исправит повреждения. Камимура действительно пошел за русскими крейсерами, но оставил легкие крейсера "Нанива"
и "Такачило" для того, чтобы добить "Рюрика". "Россия" и "Громобой" пошли на север; Камимура преследовал их, пытаясь прижать к корейскому берегу.

Сражение закончилось неожиданно; в 10 часов головной крейсер противника круто повернул и прекратил огонь, за ним последовали и остальные корабли.

Камимура отказался продолжать преследование из-за потерь среди личного состава, нехватки снарядов и повреждений кораблей. На решение о прекращении боя безусловно повлияло и то, что он, зная о сражении в Желтом море и не имея сведений о его результатах, должен был быть готовым в любую минуту поспешить на помощь Того или же вступить в бой с прорвавшимися из Порт-Артура русскими кораблями.