Ито 17 сентября получил известие, что китайцы собираются высадить войска где?то на северном берегу. Вице?адмирал направился к устью реки Ялу, так как знал, что это одно из немногих мест для высадки, и действительно, в 11 часов 30 минут увидел на горизонте дым. Недалеко от устья реки Ялу Северный китайский флот прикрывал высадку войск с транспортов. Располагавший 2 броненосцами и 18 крейсерами китайский командующий Дин Жу?чан решил вступить в бой и построил свои силы в линию фронта с броненосцами в центре для таранных ударов. Ввиду разнородности флота и полной неспособности его к эволюциям (вследствие отсутствия практики), адмирал заявил, что раз бой будет начат, сигналов никаких не будет, а каждый командир должен действовать самостоятельно и сообразно обстоятельствам. Было приказано судам, составлявшим одно отделение, оказывать друг другу поддержку и следовать за адмиралом.
Ито также стремился к решительному бою. Вице?адмирал намеревался истребить максимум неприятельских кораблей, для чего японским судам следовало действовать вокруг сгрудившихся китайских. Он принял гибкий строй, составленный из «летучей эскадры» Цубои (4 крейсера со скоростью 18 узлов) и главных сил, из кораблей менее быстроходных. Каждый отряд должен был независимо преследовать общую цель — истребление неприятельских судов, и оба совместно — препятствовать бегству китайских судов. Следовало беречь свои суда от сильных китайских броненосцев, для чего держать дистанцию до них значительно большую, чем до остальных судов, с которыми сближаться совокупно всем отрядом и поражать их самым беглым и метким огнем. Командирам надлежало помнить, что каждое судно есть неразрывная часть своего отряда.
Летучая эскадра уже в начале боя охватила правый фланг китайского флота и сосредоточенным огнем заставила выйти из боя и направиться к берегу крейсера «Янвей» и «Чаоюн». Цубои по приказу Ито пришлось повернуть, так как часть кораблей главных сил пострадала от огня китайцев и нуждалась в поддержке. После того как поврежденные японские корабли отошли, летучая эскадра обратила внимание на крейсера, вышедшие с реки Ялу, один из них потопила, а другой повредила.
Пользуясь разделением китайских сил, Ито со своей эскадрой окружил броненосцы «Дин Юань» и «Чжень Юань», сосредоточив на этих двух кораблях огонь с 6 судов, причем «Дин Юань» скоро загорелся и с большим трудом мог действовать из своих орудий. Однако китайцы не думали уступать и храбро отбивались от многочисленного неприятеля.
Считая, вследствие потопления «Чаоюн», своих противников совершенно обезоруженными, первый отряд пошел на соединение со вторым, чтобы сосредоточить все силы на решительном пункте, но тогда к месту боя направились китайские крейсера «Чинг Юань», «Кинг Юань» и суда, вышедшие из реки. Видя это, адмирал Ито приказал первому отряду возвратиться и напасть на приближающихся китайцев; он надеялся сам справиться с броненосцами. Теперь уже окончательно бой разделился на две части первая эскадра атаковала китайские крейсера, а вторая — броненосцы. Обе эскадры, пользуясь преимуществом в ходе, описывали около своих противников круги, держась вне сферы минных выстрелов. Понемногу расстояние между группами увеличилось до нескольких миль.
После часового боя первой эскадре удалось сначала зажечь, а потом потопить броненосный крейсер «Кинг Юань», но у второй эскадры дело пошло далеко не так удачно. Хотя «Дин Юань» все еще продолжал гореть, а «Чжень Юань» лишился носовой 8?дюймовой пушки и тоже загорался несколько раз, китайцы храбро защищались, причем «Чжень Юань» все время очень искусно прикрывал своего более пострадавшего товарища. Несмотря на разрушенные надстройки и мостики, толстая броня еще ни разу не была пробита и обошлось без опасных повреждений. Во флагманский японский корабль попали две 12?дюймовые бомбы. Одна из них, сбив скорострельное орудие, разорвалась между бомбами, сложенными в батарее, следствием чего явился сильный пожар и из строя вышли сразу 80 человек. Другая бомба повредила большое кормовое орудие, и «Мацусима» с трудом продолжал бой. Наконец, Ито пришлось перенести свой флаг на «Хашидате». К этому времени у китайцев кончились все бомбы, пришлось стрелять бронебойными снарядами, которые прошивали крейсера насквозь, но приносили им мало вреда.
К закату солнца на «Дин Юань», «Кинг Юань» и «Пинг Юань» все еще продолжался пожар, и они медленно в одиночку удалялись по направлению к Люйшунькоу, скрываясь в темноте. К вечеру бой завершился. Китайцы лишились 5 крейсеров. У Ито 4 крейсера получили повреждения, но он отказался от продолжения боя, ибо броненосцы противника сохранили боеспособность. Тем не менее, хотя высадка китайских войск прошла благополучно, моральный успех оказался на стороне японцев с их более активной тактикой.