早在几路日军逼近平壤的同时，在大同江外海面，日本海军就集中了19艘军舰，千代田、桥立、高千穗、秋津洲、西京丸、比睿、八重山、筑紫、爱宕、摩耶、鸟海、天城、金刚、天龙、大岛、磐城、葛城、高雄、武藏，和六艘鱼雷艇：山鹰、七号艇、十二号艇、十三号艇、二十二号艇、二十三号艇，准备接应万一失利的日本军队。但后来见中国军队已经完全切断了日本军队南逃的退路，而中国舰队又开始朝他们压来，日本联合舰队司令伊东佑亨马上和睦仁天皇联系，决定迅速撤出黄海，撤回到日本海，保卫日本本土。
平壤会战的失利，使他们如惊弓之鸟，在9 月15日日本舰队急忙起锚向南方逃蹿，由于听说朝鲜济州岛已经有中国海军，他们决定向琉球进发，从那里再转道回日本。
由于担心中国舰队拦截，日本舰队是在午夜出发的，一路上没敢在任何港口露面，也没敢在任何地方补充淡水和给养，急惶惶如丧家之犬，拼命奔逃。军舰驶出了黄海也没遇到中国舰队，这使日本联合舰队司令伊东佑亨紧绷的心稍微松弛下来了，他搂着漂亮的女电报员，站在他自己的指挥舱里，看着海天一线的大海，揉捏着女人的肥乳，不仅感慨万千。
近年来，日本以赶超中国海军为目标勒紧裤腰带造舰、训练海军，为的是打垮中国海军，为的是走进蓝色海域，谁知道天意弄人，那个看似不堪一击的清国，竟是韬光隐晦暗地造舰、训练海军，拿一些老掉牙的军舰来摆摆样子，迷惑我们，可叹大日本那么多精英都没识破他们的诡计，自以为可以一鼓作气消灭中国海军，结果落得如此下场，真是悲哀啊！
他还在感叹时运的不济，比睿舰传来了紧急呼叫：“前面东南方发现了大批敌舰，极可能是中国的舰队！”
这把他吓得一哆嗦，手里的烟斗也掉到了地上，他推开女人，急忙奔到了舵楼上，拿着望远镜朝东南方看去。那里确实有两缕黑烟，继而遥见三、四缕，于是判断可能是“北洋舰队三艘以上军舰在前方想拦截我们。”
伊东佑亨立即传令改为鱼贯纵阵。于是，第一游击队居前，本队六舰继后，西京丸和比睿移至本队左侧，作为非战斗行列。双方舰队距离越来越近，在日本军舰上用望远镜已经能清楚地看到，中国军舰上“两臂裸露而呈浅黑色的壮士，一伙一伙地伫立在大炮旁，正准备着这场你死我活的决战”。伊东佑亨见北洋舰队阵势严整，怕士兵临战畏惧，特别下令准许“随意吸烟，以安定心神”。
此时，北洋海军司令丁汝昌、副司令林泰曾、参谋长叶祖圭都登上旗舰定远号的舰桥，一面密切注视日舰动向，一面商讨对策。
此次为实施我的围猎日本海军的计划，北洋舰队的主力已经全员出动了，计军舰17艘，这其中有刚参加舰队的从日本海军手里俘虏的七艘军舰，经重新维修后编入了北洋海军。即镇倭（原日本吉野舰），镇夷（原日本扶桑舰）、镇东（原日本大和舰）、镇西（原日本赤城舰）、安东（原日本浪速舰）、威海（原日本松岛舰）、营口（原日本严岛舰），另有附属舰8艘，在丁汝昌率领下从大连湾开始启航，并在航行中进行操练。
九月十八日的11时，北洋舰队突然发现西南方向海面上有几簇黑烟，丁汝昌判定为日本舰队。于是立即命令各舰升火、实弹，准备战斗。霎时，战斗喇叭长鸣，响彻全舰队；各舰的烟囱都吐出浓烟，轮机兵将机室隔绝，进行强压通风，储蓄饱满火力和汽力，以备战斗行动。
到了12时20分，迎面驶来的日舰逐渐接近，已经能清晰地分辨出19艘军舰和六艘鱼雷艇。丁汝昌对方见来势凶猛，觉得不可掉以轻心，为了发挥各舰舰首主炮的威力，他下令把阵形改为犄角雁行小队阵。此阵的要点是：每一小队中前舰为队长，其僚舰位于右后45度线上，相距400码，各小队间距1200码。同时，丁汝昌还向各舰管带发出以下指令：㈠各小队姊妹舰协同行动，互相援助；㈡始终以舰首向敌，发挥重炮威力；㈢全队尽可能集中，随同旗舰运动。
具体分队情况是：旗舰定远和镇远两艘巨舰居中，为第一队；致远、靖远、威海（原日本松岛舰）、营口（原日本严岛舰），为第二队在左；镇倭（原日本吉野舰），镇夷（原日本扶桑舰）、安东（原日本浪速舰）、镇西（原日本赤城舰）为第三队居右；经远、来远、济远、广甲为第四队在右，镇东（原日本大和舰）超勇、扬威为第五队在左。由于两翼的第四、第五小队舰速较慢，所以变阵后的舰队形成一个扁Ｖ字形，向日舰的一字阵拦腰冲去。同时让第四小队担负起护卫附属舰的任务，第五小队担负准备收降日本军舰的任务。
日本海军根据自己军舰速度快、舷侧速射炮多的特点，一直视单纵阵为制胜法宝。此时日舰见到北洋舰队的阵形，决定避开定远和镇远两艘巨舰，以快速的第一游击队先攻击敌人最薄弱的右翼。于是，行驶在一字阵前部的第一游击队由8节航速加速至10节，并向右转舵，渐渐地与本队拉开了距离。这样，一字阵就断为前后两截。
北洋舰