С началом Русско-японской войны «Грозовой» принял активное участие в боевых действиях, неся сторожевую службу на внешнем рейде и совершая разведывательные походы. За первый месяц войны миноносец выходил в море с различными боевыми заданиями 14 раз. 9 марта 1904 года совместно с «Бдительным» отражал атаку японских миноносцев на рейде Порт-Артура. В мае и июне «Грозовой» активно участвовал в поддержке русских войск у Цзиньчжоу. За это время миноносец в составе отряда принял участие в нескольких кратковременных столкновениях с японскими кораблями. После ночного боя в бухте Тахэ «Грозовой» при буксировке к берегу тяжело повреждённого «Лейтенанта Буракова» зацепил винтами за грунт, погнул гребные валы и потерял ход, после чего прошёл недолгий ремонт. Во время боя в Жёлтом море сумел прорвать блокаду совместно с крейсером «Диана» и 31 июля 1904 года прибыл в Шанхай, где был разоружён и интернирован правительством Китая.