Do starcia doszło 17 września u ujścia rzeki Yalu. „Zhiyuan” zajmował pozycję na lewym skrzydle, dalej na lewo znajdowały się korweta „Guangjia" i krążownik „Jiyuan". Ponieważ oba te okręty zaraz na początku bitwy zbiegły z pola walki, krążownik znalazł się na końcu skrzydła i przyjął na siebie uderzenie Szybkiej Eskadry adm. Tsuboi, która obeszła centrum chińskie. Poważnie uszkodzony, z przechyłem na sterburtę, próbował atakować kanonierkę „Akagi", ale uszkodzenia wzięły górę i ok. 15.30 zatonął dziobem naprzód, z wciąż pracującymi maszynami. Obecnie podaje się, że pocisk trafił w wyrzutnię torpedową krążownika i jego kadłub przełamał się. H.W. Wilson i chiński historyk Zhao Erxiong opisuje ostatni atak „Zhiyuana" jako próbę staranowania japońskiego krążownika „Yoshino"; z kolei według japońskich raportów cytowanych przez F.T. Jane'a, okręt po prostu błąkał się z uszkodzonym sterem. Bezdyskusyjne jest, że chiński okręt został zatopiony wyłącznie ogniem artyleryjskim. Możliwe, że dokonało tego trafienie z 254 mm działa krążownika „Takachiho", ale nie jest to pewne. Z okrętem zginął jego dowódca, kpt. Deng. Z załogi liczącej w czasie bitwy 253 ludzi chińskie okręty uratowały 7 osób. Bliźniaczy „Jingyuan" przetrwał bitwę, lecz został zatopiony podczas oblężenia Weihaiwei.