Тривале плавання в тропіках, при частих навантаженнях вугілля, без нормального відпочинку, зажадало граничного напруження фізичних і моральних сил. І треба сказати, що російські моряки з цим завданням впоралися. У поході російські дізналися про загибель 1-ї Тихоокеанської ескадри в Жовтому морі. Це стало для них важким ударом. Стратегічно положення ставало відчайдушним, і офіцери чекали, що їх ескадру відкличуть додому. Але російський уряд не змогло піти на такий крок - адже це означало б визнати свою поразку на море. Тому було дано наказ продовжувати рух. Рожественський намагався відмовитися від своєї посади, просив замінити його через хворобу, але всі ці прохання також були марні. Затримка на острові Мадагаскар негативно відбилася на моральному стані членів ескадри.
Російська ескадра за кількістю броненосних кораблів (ескадрених броненосців і броненосних крейсерів) не поступалася японської, проте в якісному відношенні перевага була на боці ворога. Головні сили японського флоту мали більше знарядь великого і середнього калібру; японська артилерія перевершувала російську в скорострільності, а японські снаряди мали набагато більше вибухової речовини, ніж російські. Японці мали багатократну перевагу в крейсерах і міноносцях.
Головні сили японського флоту адмірала Того зосередилися в корейському порту Мозампо, а крейсери і міноносці - біля острова Цусіма. Виключалася будь-яка можливість проходу російської ескадри через Корейська протока без бою.
У ніч на 14 (27) травня російська ескадра підійшла до Корейського протоці. Дотримуючись протокою, о 13.30 справа по носу вона виявила головні сили японського флоту, які йшли на перетин її курсу. Японські кораблі почали послідовний поворот, щоб охопити голову російської ескадри. (Такий маневр називається «розставити палички над t».)
Російські броненосці відкрили вогонь, намагаючись зосередити його на головному броненосці противника. Кораблі противника в міру повороту також відкривали вогонь, зосереджуючи його на флагманських кораблях «Суворов» і «Ослябя». Противник швидко обганяв російську колону. Всі маневри російські кораблі виробляли невдало, стріляючи все разом по одному кораблю, підставляючись самі.
Позначилося перевагу японців в стрільбі з гармат. Вийшов з ладу і затонув «Ослябя». Близько 14.30 вийшов з ладу броненосець «Суворов». Бойовий порядок російської ескадри порушився, і вона втратила керування. Близько 16-ї години ескадра, ухиляючись від охоплення, повернула на південь. В 17.40-17.50 головні сили японського флоту, виявивши російську ескадру, знову атакували її. Бій тривав до сьомої вечора. З настанням темряви Того попрямував з головними силами до острову Оллиндо, а міноносця наказав атакувати російську ескадру торпедами. Близько 20-ї години до 60 японських міноносців, розділених на невеликі загони, стали охоплювати російську ескадру.
На ранок 15 травня російська ескадра перестала існувати. Кораблі розосередилися по всьому Корейського протоці. Деякі були захоплені, окремі кораблі намагалися самостійно прорватися до Владивостока.
У Цусімському битві російський флот втратив 8 броненосних кораблів, 4 крейсера, допоміжний крейсер, 5 міноносців і кілька транспортів. Японці втратили в цій битві 3 міноносці. Панування на морі тепер повністю належало Японії. З моральної точки зору, Цусіма стала великим ударом для росіян.