Теперь бой главных сил велся на параллельных курсах. В 19 часов 12 минут стемнело, и Того прекратил сражение. К тому времени японцы успели потопить «Александра III» и «Бородино». После прекращения боя главные силы японского флота отошли к острову Оллындо (Дажелет). Добить русскую эскадру должны были миноносцы путем торпедных атак.
В 8 часов вечера 60 японских миноносцев начали охватьшать основные силы русской эскадры. В 8.45 вечера японцы дали первый торпедный залп. За ним последовали другие. Всего с дистанции от 1 до 3 кабельтовых было выпущено 75 торпед, из которых достигли цели всего 6. Прицельным пускам мешала темнота. Отражая атаки миноносцев, русские моряки потопили 2 неприятельских миноносца. Еще один японский миноносец потонул и 6 получили повреждения, столкнувшись друг с другом.
Утром 15 мая эскадра Рожественского из-за частых уклонений от атак японских миноносцев оказалась рассредоточена по всему Корейскому полуострову. Русские корабли уничтожались превосходящими силами противника поодиночке. Во Владивосток удалось прорваться только крейсеру «Алмаз» и 2 миноносцам. Большинство судов были потоплены. 4 броненосных корабля и миноносец, на котором находились тяжело раненный Рожественский и младший флагман контр-адмирал Н.И. Небогатов, были захвачены в плен.
По поводу сдачи эскадры Небогатова советский историк Михаил Покровский писал: «Под Цусимой быстрая сдача Небогатова объяснялась не только технической бессмысленностью дальнейшего боя, но и тем, что матросы решительно отказывались погибать зря; и на лучшем как раз небогатовском броненосце перед офицерами оказался выбор: или спустить флаг, или быть спущенными за борт командой». По возвращении в Россию Небогатова сделали главным виновником цусимской катастрофы и приговорили к смертной казни за сдачу остатков флота противнику (раненого Рожественского судить было нельзя). Смертная казнь была заменена 10 годами каторжных работ, а через 2 года Небогатова помиловали и выпустили на свободу. Русские потери в Цусимском сражении составили около 10 тысяч человек, в том числе 5045 убитыми и 803 ранеными, японские — 1 тысячу.[12]
В русско-японской войне военные потери России, по официальным данным, составили 31 630 убитыми, 5514 умершими от ран и 1643 умершими в плену. 11 170 русских солдат скончались от болезней. В плен попало около 60 тысяч военнослужащих, из них примерно 16 тысяч — ранеными. О потерях Японии достоверных данных не имеется. Русские источники оценивают их как более значительные, чем потери армии Куропаткина. На основе данных этих источников Б.Ц. Урланис оценил японские потери в 47 387 убитых, 173 425 раненых и 11 425 умерших от ран. Кроме того, по его оценке, от болезней умерло 27 192 японца. Но иностранные наблюдатели в большинстве битв полагают японские потери меньше русских, за исключением осады Порт-Артура. Во время этой осады число убитых и раненых в японской армии было на 28 тысяч больше, зато при Ляояне и Шахэ потери японцев были на 24 тысячи меньше, чем у русских. Правда, при Мукдене японские потери убитыми и ранеными были на 11 тысяч больше, чем у русских, зато в Цусимском и других морских боях у русских убитых и раненых было больше примерно на такую же величину. Исходя из этих цифр, можно предположить, что в действительности японские потери убитыми и ранеными были примерно равны русским, пленных же японцы захватили в несколько раз больше. Также не вызывают доверия данные о более чем двукратном превышении смертности от болезней в японской армии по сравнению с русской. Ведь русская армия по численности превосходила японскую примерно в полтора раза, а постановка санитарного дела в обеих армиях была примерно на одном уровне. Скорее можно предположить, что и число умерших от болезней в обеих армиях было примерно одинаковым. Другое дело, что для Японии, чьи вооруженные силы и население были существенно меньше, эти потери являлись гораздо более чувствительными, чем для Российской империи.
По Портсмутскому миру, заключенному 5 сентября 1905 года при посредничестве США, Россия уступала Японии аренду Ляодунского полуострова вместе с веткой Южно-Маньчжурской железной дороги, а также южную половину острова Сахалин, куда незадолго до конца войны были высажены японские десанты. Русские войска выводились из Маньчжурии, а Корея признавалась сферой японского влияния. Русские позиции в Китае и на всем Дальнем Востоке оказались подорваны, а Япония сделала заявку на превращение в великую державу и господствующее положение в Северном Китае.