22日，俄舰队进入对马海峡，大战爆发。双方各有主力舰12艘，但日舰航速快、火力也占优势，此外日联合舰队在巡洋舰和鱼雷艇数量上也占据绝对优势。另外日本六艘战列舰和六艘装甲巡洋舰都是在1897年以后下水的新舰，虽然俄舰大多也是自造或者购买自法国的新舰，但海军上层的勾心斗角和士兵素质的低劣等等都是不可忽视的因素。
俄舰队虽然在广州进行了一段时间的休整，但两百多天的远航不是短短半个月时间的休整就能恢复的。温斯基司令在广州得到了振****情报部门的警告，调查局认为日本联合舰队很有可能在中途堵截俄舰队，而且很有可能在朝鲜海峡附近。
这个情报与温斯基的判断基本一致，因此靠近对马海峡后他派出了侦察分队，早22日夜间发现了日联合舰队的侦查舰“信浓号”轻巡。预感到战斗即将爆发的温斯基下令舰队加速驶过对马海峡，没有对日侦查舰进行驱逐，因此，东乡平八郎对俄舰队的实力、航向、航速和队形等了如指掌。俄国人想尽力避战，而日本人偏不让其如愿。
23日上午九时三十分左右，东乡的联合舰队从俄舰队右前方出现，成单排一列式，企图切断俄国舰队的航线。由于之前温斯基太过紧张，多次调整队形，又没有明确规定航速的快慢，因此造成舰队队形混乱，当遇到联合舰队后，温斯基下令排成战斗队形，但已经来不及。
海战从战舰抢夺有利位置开始，东乡的联合舰队顺利截断俄舰队的航线，并在距敌35-38链的海域向左转弯，此时对于俄国舰队来说是一个绝佳的炮击机会，日舰队在转弯时处于俄舰队的火力威胁下，相当一部分战舰无法回击。
可惜俄国人正处于战舰变换队形的混乱之中，温斯基下令炮击后大部分战舰盲目射击、浪费弹药，最终丧失了这个绝佳的战机。
日舰队完成转弯后集中火力攻击俄国舰队旗舰，温斯基所在的“苏沃洛夫”号战列舰顿时陷入一片火海，日本水兵优秀的素质使俄国人陷入苦战，虽然战前有所准备，但糟糕的士兵素质让反击显得非常微弱。