北洋舰队的后续兵力“平远”、“广丙”以及鱼雷艇队的到来，使得胶着了近2个多小时的海战场上又掀起了一段战斗高潮。虽然到此时为止北洋舰队已损失了1艘战舰，日本联合舰队也有3艘军舰在交战中先后遭到重创，但是整个战局却依旧不够明朗。

从表面上看起来，开战之后，北洋舰队完全是按照乱战战术的路数作战，先是一定程度扰乱了日本联合舰队本队的队形，截击重创“比睿”、“扶桑”2舰，继而“定远”、“镇远”等舰又发炮重创了“西京丸”，直至“平远”、“广丙”以及鱼雷艇队进入战场，对日本军舰发动突击，一切迹象都显示出北洋舰队的作战相当之主动，成绩也尚可嘉。相比之下，多次出现编队和指挥混乱的日本联合舰队，反倒显得有些表现失常。

但是实际上，北洋舰队以小队为单位的主动出击战术并未能实现战前设定的目标。第一时段的激烈战斗过后，没有能给日本联合舰队造成大的损失，反而北洋舰队在战场全局上已经陷入了相当尴尬的境地。日本联合舰队经过开战初期的适应调整，付出了数艘军舰受创脱队的代价后，制定和逐渐完成了对北洋舰队腹背夹击的布署。而且日本联合舰队主力编队具有航速高、行动敏捷的特点，利用机动力方面的优势可以始终保持与北洋舰队拉开适当距离，使得航速本就迟缓的北洋舰队无从逼近发起乱战冲击战术，迫使其只得进行自己并不占优势的炮火对抗。同时，日本联合舰队虽有数艘军舰脱队受损，但是主力舰只大都战力完好，联合舰队本队和第一游击队的编队队形依旧基本完整，运动自如，日本舰队在炮位数量、火炮射速以及弹头装药威力等方面具有的巨大优势足以从火力上完全压倒北洋舰队。一道巨大的历史难题摆在了北洋舰队面前，是继续等待、捕捉机会执行事实上已经很难实现的乱战战术？还是改变战术另谋他图？但是历史似乎又并没有给北洋舰队以任何选择的余地：为掩护身后大东沟内尚未登陆完毕的陆军，他们必须将日本舰队牢牢拖在战场上，不能擅离一步；已经四散分开各自为战的乱战队形，和旗舰失去旗语指挥的客观情况，又使得北洋舰队无法有效地更换编队战术，只得仍然以小队阵形被动地应战。这场海战的结局如何，在此时仿佛已经有所预示了。

作为北洋舰队骨干核心的第一小队“定远”、“镇远”舰，一直在努力担负着激励、引导全舰队作战的重任，试图带领龙旗舰队走向整个国家都在期待着的胜利。战斗打响以来，两艘铁甲巨舰互相配合，先后参加了对“比睿”、“赤城”、“西京丸”等日本军舰的围追堵截，并与日本的本队、一游军舰都进行过激烈的炮火对击。当时分别在“定远”、“镇远”舰上服务的西方顾问戴乐尔、马吉芬对于战况的惨烈程度、中国海军官兵作战的无畏勇敢事后都有过充满感情的追忆：“镇远”舰的主炮台上，一名305毫米火炮的炮长正手握发火绳准备瞄准击发，不幸被日舰射来的炮弹打中头部，颅骨碎片和热血散溅在周围的炮手们身上，顾不上死亡所带来的恐怖景象，紧邻的一名水手立刻接住炮长即将仆倒的遗体，转交给了身后的战友，自己挺身上前拾起发火绳继续发炮射击。马吉芬战后感慨道：“……我不能不为一概被蔑视的清国水兵鸣不平。诚然，日本水兵始终泰然自若，立于炮旁，但在他们的甲板上，不能和不断遭到硝烟弹雨所骚扰的清国诸舰相比，如果敌我境遇相同，我相信其行动绝不会不同。我舰大炮少，特别是缺少速射炮。而敌人则不然。尽管我两铁甲舰几乎不断遭到密如雨注的敌弹袭击。但水兵依然不屈不挠，坚持奋战。”（马吉芬，“鸭绿江外的海战”）“定远”舰英籍顾问戴乐尔的经历显得更富有故事性，在飞桥上受伤以后不久，他就包扎好伤口来到“定远”舰甲板室顶部甲板上巡视水兵作战。“定远”舰甲板室顶部甲板上从烟囱至后桅之间的两舷舷墙上，密布安装了4门哈乞开斯37毫米五管机关炮，是“定远”舷侧方向的重要火力，战斗中突然一颗日本炮弹落在该处甲板上堆放的机关炮弹药里，四周的一些中国水兵担心会发生殉爆而四散避开，此时刚好有两名军乐队的孩子抬着一颗100余斤重的150毫米炮弹经过这里。见到险状，其中一名孩子随众避开，另外的那名孩子则怒目而视，不顾危险，独自一人执着地拖拽着笨重的炮弹向舰尾150炮位方向艰难挪动，戴乐尔明白这是因为舰尾150炮位弹药需求孔急，于是上前帮助小孩子抬起炮弹，洋员与童子在弹雨纷飞中搬运炮弹的身影，虽时逾一个世纪，闻之仍令人不由得为之动容。

不幸的是，就在“福龙”号鱼雷艇进击日本军舰“西京丸”的同一时间，一场巨大的灾难降临到了“定远”舰上。曾一度被誉为“亚洲第一巨舰”的“定远”级铁甲舰，除了以每舰配备的4门305毫米克虏伯巨炮傲立东亚外，还具有相当厚重的装甲防护。“定远”级军舰的装甲防护采用的是当时被称为“铁甲堡”的集中防护样式，为保护位于舰体中部的弹药库、锅炉舱、蒸汽机等要害设施，围绕整个军舰中部一周，在水线附近敷设了厚度达305－355毫米的装甲带（“定远”舰的装甲为钢面铁甲，内层选用坚韧度好的熟铁，外层由于考虑到熟铁不耐腐蚀，而选用的是钢），无疑，要想穿透这个厚度的装甲绝不是件容易的事，黄海海战中日本联合舰队军舰粹其火力聚攻“定远”，也未能实现击穿“定远”装甲带的梦想。不过，除了保护在铁甲堡之内的舰体中部外，“定远”级军舰的首尾部分就再没有竖立的装甲带防护，由于不是舰上的要害部位，首尾的防护只不过是在水线下水平纵向敷设了75毫米厚的装甲甲板，如此一来，“定远”级军舰首尾水线上的部位就没有任何额外防护，成为了舰上防护最薄弱的地方。

1894年9月17日15时10分，无论对于黄海大东沟海战和北洋舰队而言，都是个至关重要的转捩点。跟随在本队末尾航行的日本二等铁甲舰“扶桑”号突奏奇功，“扶桑”舰中央八角台炮房内的一门240毫米克虏伯后膛炮击中了“定远”舰，重达160千克的炮弹刚好命中“定远”舰没有防护的舰首部位，毫不费事地穿透外壁的船壳板后直入舰内！根据双方的历史记载进行推测，当时“定远”舰中弹的位置可能在舰首左侧的锚链孔下方。在击中“定远”的那一刻，“扶桑”舰舰长新井有贯海军大佐可能没有预料到，这颗240毫米炮弹将给这场海战带来多大的影响。

“定远”舰舰首的结构大致可以分为3层，其中在150毫米克虏伯炮塔之下的是军舰的首楼，首楼内左右两侧的空间是锚链通过的通道，长长的锚链从锚链孔通进来后，再经过这里的通道连接到锚链舱内。在两侧锚链通道之间则是舰上的水兵厕所。首楼甲板之下舰首的空间（主甲板下第一层甲板，简称下一甲板）是“定远”舰的军医院，内部布置了大量的药橱、病床，墙壁上还有橡木材质的墙裙装饰，“扶桑”射出的240毫米炮弹恰好就穿进了这里，在军医院内轰然炸响。由于战时预料到舰首的军医院直当敌锋，而且基本没有防护，在这里收容、治疗伤者过于危险，根据洋员戴乐尔的回忆，“定远”舰战时的疗伤所实际改到了铁甲堡之内的空间，舰首的军医院里反而空空荡荡了。所以这颗炮弹并未造成多少人员杀伤，不过大量填充在弹头内的下濑火药却大发淫威，一度几乎危及到了“定远”舰的生存。

240毫米炮弹爆炸后，下濑火药急剧燃烧，拥有大量木制构件和家具的舰首军医院内立刻出现火灾。肆虐的大火以极快的速度吞噬着室内一切能够点燃的物品，熊熊烈焰带着灼人的高温从弹孔以及舰内的梯道舱口向外迅速蔓延，很快首楼和主甲板上都出现了大火，据记载，当时甚至连首楼内存放在柜中的备用缆绳都被点燃了。更为严重的是，下濑火药燃烧时弥漫出的黄色有毒烟雾以及舰内木制构件燃起的黑烟将整个“定远”舰的前部完全笼罩，咫尺莫辨，包括4门305毫米克虏伯炮在内的所有指向舰首方向的武器都无法瞄准射击，“定远”的炮火被迫停滞了下来。“敌舰‘定远’亦被我军发射的炮弹击穿舰腹起火，火焰从炮弹炸开的洞口喷出，洞口宛如一个喷火口，火势极为猛烈”（“松岛”舰之勇战，《日清战争实记》）

一时间，位于战场中央的军舰都能够很清楚的看到，“定远”舰几乎已经完全处在了浓烟的包围中，而且舰首部位还在不断地向外迸射着火光，恍若在烈火中苦苦挣扎的苍龙，对北洋舰队而言，这实在是个可怕的情景，一旦下濑火药引起的这种“能够点燃钢铁”的大火不受控制，蔓延到铁甲堡内，后果将无法预料。北洋舰队旗舰陷入大火之中，火炮射击也完全停顿了下来，看到这样的情形，日本联合舰队军舰上到处都充满着狂欢的气氛，将近十年以来，日本全国上下都视“定远”为虎豹而寝食难安，节衣缩食、费尽周章想要摧毁这艘亚洲第一巨舰及其代表的中国海军，此刻，梦想眼看就要变为现实了。为了不放过这个难得的夺功机会，坪井航三指挥第一游击队四艘新锐巡洋舰逼近已无还手之力的“定远”，集中大小炮火加以聚攻，伊东佑亨指挥的本队各舰也在背后不断攻击，弹雨浇注在“定远”身上，爆炸声不断响起，情势万分危急。

“著名的东洋第一坚舰‘定远’号的舰腹被击中，似遭到了大破坏，失去了自由运转的能力，其舰速大大减慢。此时，我舰队前方各舰见是敌军旗舰，不失时机地奔驰而来，一齐向‘定远’进逼，猛烈发炮。‘定远’舰舰内起火，火焰弥漫了半边天空。‘定远’舰上的人员皆停止了发炮，集中力量救火。但是，火势猛烈，没有被扑灭的迹象……”（“‘扶桑’舰之勇战”，《日清战争实记》）