5月27日，当天俄军的作战序列是第一战列舰战队、第二战列舰战队、涅鲍加托夫率领的第三战列舰战队，后面是医院船、运输船、修理船等，由轻型舰艇护卫。在面对日军巡洋舰的侦察压迫时，罗杰斯特文斯基发出了自相矛盾的命令，导致第二战列舰战队脱离了主战列。中午前后东乡平八郎海军中将率领的联合舰队，截住了北上的俄国舰队，对马海峡海战爆发。罗杰斯特文斯基发出命令企图让孤悬在外的第二战列舰战队返回战列，这一命令引起了更大的混乱，航速较快的第二战列舰战队被迫减速，而跟在后面的第三战列舰战队也要为腾出位置而减速甚至停车，俄军战列陷入一片混乱。就在这时候日舰逼近炮击，双方展开混战。第一、第二战列舰战队向日军的战列舰射击，第三战列舰战队则瞄准了日军的装甲巡洋舰，对八雲、淺間、日進造成一定损伤。此后日舰专注于攻击第一、第二战列舰战队，排在队伍末尾的第三战列舰战队射程不够，无甚作为。当晚日军鱼雷艇发起了一轮又一轮无休止的攻击，各俄舰损失惨重，唯有第三战列舰战队没有装备探照灯，反而受伤较少，谢尼亚文海军上将号在日军的鱼雷夜袭中没有受损。次日28日，涅鲍加托夫指挥着残存的4艘主力舰企图继续北上。09:30起，日军主力发起了对俄军残存主力舰的最后围攻。4艘俄舰无论火炮数量、射程还是航速均远逊于日舰，多舰负伤情况严重；而日军主要舰艇无一损失，状态也大致完好。无奈之下涅鲍加托夫被迫率队向日军投降。4舰均为日军所俘获。