在下濑火药炮弹密集疯狂的打击下，“宁远”先后数度燃起大火，舰上官兵一面救火，一面继续射击，没有流露丝毫怯色，“我第一游击队舍其他各舰不顾，举全部四舰之力量合围该舰，在榴霰弹的倾注下，再三引起火灾。‘宁远’甲板部位起火，烈焰汹腾，几乎延烧全舰，将领集合士兵救火，虽弹丸如雨，仍欣然从事，在九死一生中毅然将火扑灭……”（《日乾战史》），第一游击队的日本海军官兵彻底被眼前的景象震慑了，这艘乾国铁甲舰几乎都已遍体鳞伤，但没有一处弹痕的深度能够超过4英寸，除了不断使其燃起大火外，对“宁远”厚厚的装甲，第一游击队4舰均束手无策，“宁远”毕竟是一艘强大的德制岸防铁甲舰，虽然她的炮火配置已显得有些落伍，但是防护力却是极为强大的。原本认为有机可乘的日本海军官兵，在经历了半个小时的反复炮击后，发现并没有能给“宁远”造成多大伤害，这艘铁甲舰在弹雨中没有露出一点怯色，依然一副奉陪到底的无畏姿态，此时第一游击队的日本海军官兵大都有些无奈和绝望了。
这时远处又出现了一道煤烟，坪井航三判断是“济远”扑灭了大火后正在返回战场，刚才的炮战中第一游击队4舰也多次被“宁远”的140毫米副炮和75毫米速射炮击中，右舷均不同程度受损，火力渐减，继续战斗下去的话，不但取得不了什么战果，很可能还会遭到乾国两艘高速铁甲舰“经远”、“来远”的追击，导致全军覆灭的危险，因而坪井航三下令升旗集队，放弃对“宁远”的进攻，撤出战场。
坪井航三的撤退命令并没有受到另外三舰舰长的任何质疑，第一游击队集合完毕后，也不同本队会合，便自管自的高速撤出了战场，此刻坪井航三还不会想到，他的撤退行动，将给他带来什么样的影响，他麾下的四个舰长，又会对他做出什么样的事来。
就在第一游击队撤退后不久，本队也借助战场上硝烟的掩护开始了跑路逃命，由于发现日本海军的铁甲舰并没有全部出动，担心登陆部队遭到另外的日本舰队进攻，乾国海军提督丁禹廷下令收队回航，放弃了对日舰的追击。这场历时近三个小时的大海战就此结束。
乾国舰队又回到了大东沟口外。丁禹廷担心的事情并没有发生，舰队在大东沟附近海域并没有发现任何日本军舰的踪影，之后舰队主力与在大东港内负责守口的“镇东”等蚊子船及鱼雷艇会合，在陆军登陆完毕之后，共同返航旅顺，乾国舰队至此完成了护航任务，离开大东沟海战战场返回旅顺。
16时左右，日本第一游击队与本队军舰会合，此前15时50分，战斗中退出的“西京丸”也已自己找寻归队，让日本舰队担心不已，以为已经沉没了的“西京丸”则早已在返航回临时锚地的途中，早在14时40分时，因为身受重创而退出战场的“西京丸”与本队相遇，井上良馨遂命令受伤很轻的小型装甲巡洋舰“千代田”伴随“西京丸”先行返航。至此，日本联合舰队首先退出了战斗，这次海战日本海军“赤城”舰被击毁沉没，“松岛”舰重伤后在大鹿岛冲滩搁浅，后被乾国军舰“济远”发炮击毁，舰上残存官兵42人逃至岛上被俘虏，“山城”、“扶桑”、“严岛”、“桥立”四舰遭到重创，官兵阵亡963人（不含伤后不治死亡的人数），负伤308人。
入夜20时，在确认四周安全的情况下，伊东佑亨率领参谋长鲛岛员规海军大佐、参谋岛村速雄海军大尉等幕僚乘坐机动舢板转登“千代田”舰，由“千代田”代替“山城”改任旗舰，身受重创的“山城”、“扶桑”两舰因为修理舰无法进行就地修理，则径直返回吴港修理。
似乎是要为自己狼狈逃出战场找个台阶，20时以后伊东佑亨又下令联合舰队会合全部鱼雷艇转航向威海方向，号称要在第二天黎明时一举消灭“遭到重创”的乾国舰队舰只。不过这个看似勇猛无畏的策略实际只是伊东佑亨的故作姿态而已，稍有常识的人都必然会明白，刚刚经历了大战的乾国舰队肯定是首先回维修基地旅顺进行维修、补给，联合舰队南辕北辙地朝向驻泊基地威海追击，不如说是一种巧妙的避战策略。离开临时锚地不久，伊东佑亨就下令舰队全体驶往吴港，由于受创极重，日本海军官兵的士气也低落到了极点，包括第一游击队4舰在内的侥幸没有被击沉的日本军舰已经没有任何再战之力。
相比日本联合舰队伤亡惨重的情况，乾国舰队的损失显然要轻得多。此战乾国舰队无一舰损失，“定远”、“宁远”、“济远”、“建中”等4舰受创稍重，乾国海军官兵共计阵亡65人，受伤22人。
因为乾国舰队此行的目的是护送运兵船，铭军能够全部登陆，就是不小的战功，“……查兵船开仗，运船极险，幸日船被创颇甚，退去修理，铭军乃能乘间起岸。日内不致游弋截夺……”，除了确定击沉了一艘“装兵倭船”即“赤城”号炮舰外，乾国海军官兵并没有注意到重伤冲滩搁浅的日舰“松岛”，在三天后丁禹廷才得知消息，急命“济远”前去查看捕捉，“济远”赶到后发现“松岛”已然为日本水兵纵火焚毁，“舰上未毁大小数炮尽皆击坏”，舰上日本海军官兵已然登岛避入山中，“济远”遂发炮将“松岛”轰毁，派陆战队上岸捕捉日军，在岛上居民的帮助下，将“松岛”舰残存官兵42人全部擒获，押往旅顺。
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