吉川榮治第3護衛隊群司令（後に海上幕僚長）に現場指揮が命令され、第2航空群に爆弾投下命令が出された。「みょうこう」をはじめとする各護衛艦は、海上自衛隊発足以来初のROE（交戦規定）となる野呂田防衛庁長官名の命令書「部隊の取るべき措置標準」を受け取り、はるな及びみょうこうは2隻に対して無線及び発光信号にて停船命令を実施、その後1時19分から4時38分にかけて搭載速射砲で25回35発（みょうこうが第二大和丸に対し13回13発、はるなが第一大西丸に対し12回22発、砲側射撃）の警告射撃を実施した。3時20分から5時41分にかけ、上空から八戸のP-3C 3機が、巨大な水しぶきにより水の壁を作り、水の力で不審船を停船させるため、150キロ対潜爆弾12発（のべ3回各機4発ずつ）を投下する警告爆撃を行った。上空には海上自衛隊岩国航空基地所属のEP-3電子戦機と在日米海軍のP-3CとEP-3も飛来していたが、航空自衛隊には警備行動への参加が発令されず、P-3Cと監視中だったE-2C早期警戒機は、護衛の戦闘機無しで不審船上空を飛びまわった。そのため、爆弾を搭載したP-3Cが現場に到着すると、不審船からの地対空ミサイルによる攻撃を防ぐため、現場判断で、爆弾投下を行うP-3Cと不審船の間に、監視目的で飛行していた無防備のE-2C僚機が割り込み、命懸けで盾となる飛行を行うなどの混乱が起きた。防空識別圏境界が近づくと、ロシア政府から不審船追跡におけるロシア側海域通過の許可が下りた。同時にロシア側による不審船追跡が開始され、ロシア側からも停船命令が発せられた。後にロシア側の責任者は「この不審船が、もしもロシア領海に侵入していれば、即座に撃沈するつもりだった」と語っている。
「第一大西丸」は、一時的に追手との距離が開いたために、日本側が追跡を断念したと見たのか、23時47分に突然停止。その報告を受けて野呂田芳成防衛庁長官は海上警備行動の発令を決断した。手続きとして、翌3月24日0時30分に川崎運輸大臣より野呂田防衛庁長官に「海上保安庁の能力を超えている」との連絡があり、0時45分に持ち回り閣議が開かれて海上警備行動を承認、0時50分、自衛隊法第82条に基づく初の海上警備行動が野呂田防衛庁長官から自衛艦隊司令官および各地方総監あてに、海上における警備行動に関する海上自衛隊行動命令（海甲行警命第16号。11.3.24 0050）として発令された。
海上保安庁は、巡視船艇15隻および航空機12機を動員し、追跡は夜までおよんだが不審船は停船せず、挑発するように逃走を続けた。18時10分には首相官邸別館にある危機管理センターに官邸対策室が設置された。19時になると不審船は24ノットに増速、19時30分には28ノットとなったため、PC型の「はまゆき」「なおづき」が引き離され始めた。その報告を受けると、川崎二郎運輸大臣は威嚇射撃を許可し、第九管区海上保安本部（新潟）に通知した。20時過ぎ、第九管区海上保安本部長が海上保安庁法第二十条に基づく威嚇射撃を指示。「みょうこう」から照らされたサーチライトが光る中、20時頃より「ちくぜん」が「第二大和丸」の傍の海上に向かって20mm機関砲で曳光弾を50発発砲、1953年のラズエズノイ号事件以来46年ぶりとなる警告射撃を行った。20時24分と21時1分ごろには、「はまゆき」も13mm機銃で計195発を射撃した。また、「第一大西丸」に対しても、「なおづき」が9丁の64式小銃で1,050発（うち曳光弾が500発）もの威嚇射撃を行った。不審船は威嚇射撃に反応したためか、35ノットに増速して逃走。燃料不足もあって「はまゆき」「なおづき」は追跡を断念、また、速力差もあり、20時14分には「第一大西丸」、21時12分には「第二大和丸」が巡視船のレーダー探知距離外に離脱した。特に「第一大西丸」は護衛艦「はるな」のみの追跡となった。官邸対策室ではこれを受けて海上警備行動発令へと傾いたが、親北朝鮮派である野中広務内閣官房長官が発令しないよう官邸に圧力をかけ、官邸も一旦は追跡打ち切りの方向へと向かっていた。
1854年（嘉永7年）7月8日（旧暦6月14日）に高知県香南市香我美町岸本の武士の家に生まれる。地元・高知の土地相撲で活躍の後、弟子を引き連れて大坂相撲へ加入、1879年9月場所に「海山貞吉」の四股名で新入幕を果たした。1882年8月場所で小結、その一年後には関脇に昇進したが、ここで大坂相撲を脱退し、同じ大坂出身で東京で活躍する梅ヶ谷藤太郎（初代）を慕って上京、梅ヶ谷がいる玉垣部屋へ入門した。東京相撲では1884年1月場所において西幕尻格番付外で初土俵を踏み、右四つからの寄り、掬い投げを武器とした堅実な取り口で、西ノ海嘉治郎（初代）から2勝を挙げるなどしたが、前頭筆頭まで進むものの三役昇進は果たせなかった。1891年5月場所を最後に現役を引退、年寄・友綱を襲名したが、海山の活躍はここから始まる。弟子の育成に関しては、後に「四十五日の鉄砲」と呼ばれる突き押しで相手を圧倒して大正時代を代表する名横綱・太刀山峯右エ門や、八幡山定吉・國見山悦吉の両大関、関脇・海山太郎ら多くの幕内力士を輩出し、角界の一大勢力を築き上げた。弟子の海山は引退後、5代・二所ノ関として玉錦三右エ門を育てるなど、現在の二所ノ関一門の源流を創り上げた。また、協会運営においても東京大角力協会の首脳である取締に就き、旧・両国国技館の建設に尽力した。こうした海山の活躍には同郷の政治家・板垣退助が後援者にいたことが大きかったとされる。しかし、弟子の太刀山が現役引退、年寄・東関を襲名してから行われた1919年5月場所後の検査役選挙において落選すると自らも取締辞任を表明、周囲が一度は引き留めたものの1921年5月に協会を去った。