1905年5月14日（グレゴリオ暦では5月27日）の日本海海戦では、オリョールは、第2太平洋艦隊の主力戦艦5隻（第2太平洋艦隊旗艦クニャージ・スヴォーロフ、インペラートル・アレクサンドル3世、ボロジノ、オリョール、オスリャービャ）の中で、沈没を免れた唯一の艦となった。しかし、オリョールは大損害を受け、備砲の大半を破壊された。前部12インチ主砲塔の左砲は、砲戦のさなかに起きた膅発により、砲口から約1間（1.8メートル）の個所で切断した。