Около 18.30 по русским кораблям с дистанции 40—45 кабельтовых (7,4—8,3 км) открыли огонь догнавшие эскадру шесть крейсеров Камимуры. Их целью стал «Император Александр III», ранее обстрелянный «Kasuga» и державшийся вне строя, несколько правее концевого корабля отряда Небогатова — «Адмирала Ушакова». Трубы и мачты на «Александре III» еще стояли, но на спардеке бушевал пожар; под огнем противника корабль вдруг покатился влево, крен на правый борт постепенно увеличивался. Вскоре вода хлынула в разбитые порты 75-мм батареи, стволы развернутых 305-мм башен задевали гребни волн. Сделав последний выстрел по противнику, в 18.50 «Император Александр III» перевернулся на правый борт, по его днищу карабкались до сорока моряков. Вскоре броненосец скрылся под водой; с кораблем погибли все 867 человек его экипажа. Гибель «Императора Александра III» явилась следствием потери остойчивости от попадания воды в многочисленные пробоины, локализовать которые на ходу и при волнении было невозможно. Особенно много воды броненосец принял через громадные пробоины в носовой части. Немалую роль в снижении его боеспособности сыграли также пожары, питаемые деревом рубок, офицерских помещений и гребных судов. Перегрузка броненосца уменьшила высоту защищенного надводного борта и угол безопасного крена.
К моменту гибели «Императора Александра III» броненосцы «Бородино» и «Орел» были охвачены пламенем пожаров. Особенно сильно пострадал головной броненосец, все его строевые офицеры были убиты или ранены, сбитая грот-мачта свалилась в воду, образовался устойчивый крен до 5 градусов на правый борт. Около 19 часов в кормовой части взорвались два 305-мм снаряда с «Shikishima», выбросив пламя на высоту до 9 метров. Кормовая башня «Бородино» замолчала, на кормовом мостике рвались 47-мм патроны.
Темнело, и адмирал Того решил уступить поле сражения миноносцам. «Mikasa» прекратил огонь и отвернул вправо. Достигнув точки поворота, «Fuji» произвел последний выстрел из уцелевшего 305-мм кормового орудия. Снаряд попал в район правой 152-мм башни «Бородино» и вызвал взрыв боезапаса. Огонь и дым поднялись до высоты дымовых труб. Не выходя из строя. «Бородино» перевернулся на правый борт и вскоре исчез под водой. Из 866 человек экипажа чудом спасся всего один матрос, выловленный японским миноносцем.
В последние полчаса интенсивность огня «Бородино» и «Орла» снизилась. Централизованное управление их артиллерией было нарушено. Среди японских кораблей пострадал только «Nishin», которому оторвало ствол еще одного 203-мм орудия. Правда, «Си-сой Великий» поразил 305-мм снарядом флагманский крейсер Камимуры «Izumo»: снаряд, скользя вдоль броневой палубы, пробил котельный кожух, но, к счастью для японцев, не взорвался. В 19.12 дневной бой закончился, русские потеряли в нем четыре новых эскадренных броненосца.