战队则乘机绕到俄国舰队尾部，对殿后的俄舰进行攻击。15:15东乡下令第三战队攻击俄国巡洋舰，出羽遂率队逼近射击，此间八云中部甲板遭到一枚炮弹命中，爆炸使得22人死伤。出羽面对着俄舰的勐烈火力，选择退后与第一战队会合。17:45，八云靠近到离俄军战列舰波尔塔瓦号只有8000-9000米处，对着这艘已经受创的战列舰进行开火。18:37俄军旗舰皇太子号司令塔受到日军大口径炮弹命中，司令威廉·维特捷夫特战死，俄舰陷入了混乱。第三战队在俄舰东南方进行了攻击。随着天色渐暗，俄舰大部退回旅顺港，而日舰则向东撤回泊地。