第三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，然而俄舰勐烈的火力将防护薄弱的第三战队逐退，迫使后者往南与第一战队会合。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。当晚日舰分散搜索四处逃散的俄舰。出羽一开始往东南边进行搜索。11日06:25，第三战队结束搜索返回北边的泊地，不久接到了第六战队追击阿