而此时在中国舰队的另一面，***海军也正在展开作战行动。永田泰次郎中将指挥两艘大型战列舰带领护航舰队前往釜山。在16日凌晨0时10分，日舰开始进入海湾，并在1点22分使用舰上的152毫米副炮炮击那里的执行***任务的中国轻型舰艇，***战列舰和巡洋舰仅发射了十几枚炮弹后便撤出了战斗，因为永田泰次郎中将不想把自己的主力舰暴露在中国人的驱逐舰和鱼雷艇面前。***人突如其来的炮击造成了三艘中国老式鱼雷艇被毁，两艘驱逐舰和一艘轻巡洋舰受伤，但***人造成的损坏很是轻微，经过中国水手们的英勇努力，在天亮之前中国舰艇的损伤就全部修复了。
天亮之后轮到中国舰队出击了，虽然现在天气状况不佳，云层很低并且下起了小雨，但中国海军的两艘水上飞机母舰仍然派出水上飞机起飞搜索，上午9点12分，飞行员报告发现了两艘***巡洋舰和两艘***驱逐舰，这其实是由木村刚中将率领的掩护***陆军登陆的护航舰队。
一艘担任侦察任务的中国驱逐舰也发现了这支***舰队，并将对方的位置准确的报告了回来，然后过不多久，中国舰队的前卫便出现在了***人面前，“海南”号轻巡洋舰猛冲在前，向“宗谷”号巡洋舰直扑而来，在近距离射出了两枚鱼雷，并用主炮向其猛烈射击，一发炮弹直接命中了舰桥，将舰长和副舰长当场炸死，而一枚鱼雷则将这艘来自于俄国的巡洋舰的舰身炸穿了一个大洞，这艘老式巡洋舰立刻左倾了10度。
随后而来的是胡汉明中尉和哈洪武中尉率领的两艘驱逐舰，这两艘驱逐舰也奋不顾身的向另一艘***巡洋舰“津轻”号发动了鱼雷攻击，一枚鱼雷在“津轻”号左舷处爆炸，引爆了储存在那里的炮弹，剧烈的爆炸使13名***水兵当场被炸死，“津轻”号的水手虽然努力想要控制住损伤并恢复战斗力，但一切努力最终全都白费，在又一阵剧烈的爆炸之后，这艘巡洋舰沉入了海底。
在接到水上飞机和驱逐舰的报告后，中国特遣舰队的护卫舰队开始加速前进，在9时32分赶到了战场并加入到了战斗当中。此时“宗谷”号巡洋舰已经被鱼雷炸成重伤，锅炉舱进水。“海门”号轻巡洋舰操舵被毁。已经受伤的“宗谷”号被一枚近失弹击中了机舱和舵机，造成舰身更多的破损。9时45分，进水过多的“宗谷”号倾覆，三百余名舰员随舰沉没。
与此同时，由22艘运输船组成的***陆军运输船队在山田尤之助少将的指挥下继续行进，在16日早上这支船队也遭到了中国驱逐舰的攻击，但侥幸没有被炮弹命中。***陆军官兵们在运输船上心惊胆战地看着远处海面上的炮火和浓烟，尽管他们知道此行有强大的战列舰保护，但对中***舰的恐惧仍然弥漫在每一个***士兵的心头。
到了中午时分，由艾青文上尉指挥的一支完全由鱼雷艇组成的攻击编队发现了***运输船队，并进行了攻击，一举击沉两艘商船，并重创一艘，这艘商船随即被迫返航。
整个下午，***运输船队不停的遭到中国驱逐舰和鱼雷艇的攻击，这些中国轻型舰艇遭到了护航的***巡洋舰和驱逐舰的拦截，交战双方均给对方造成了很大的伤害，激战中两艘中国鱼雷艇沉没，一艘驱逐舰重伤，而***“春山丸”号运输船则被击中起火，很快沉没，船上的***陆军士兵大都溺死在了汹涌的海水中。
下午2时25分，王岳中少校率领的执行***任务的轻型舰队发起攻击，又击沉了两艘***商船，然后这些经历了激烈战斗伤痕累累的小型舰艇转向东航行，这支舰队的官兵已经超额完成了他们的任务，开始返航了。
在16日的整个白天里，激烈的战斗不停的进行着，当时的场景可以说蔚为壮观，天空布满了炮弹造成的烟云，中国驱逐舰和鱼雷艇在不停地攻击，***巡洋舰和驱逐舰则施放着烟雾以掩护狼狈逃蹿的运输船，被击中的船只和舰艇发生连续不停的爆炸。夜幕降临之前，山田尤之助的运输船队遭受了重大的损失：大部分商船和运兵船都被击中，其中6艘被击沉，12艘商船中只有7艘能够继续前进，而山田的驱逐舰上挤满了救起的落水船员和陆军士兵，据估计这一仗至少有近六千名日军官兵阵亡。
山田在自己后来的回忆录中提到了当时“作战的前景相当暗淡”，但他仍然执着的继续前进，此时他的驱逐舰上挤满了人，无法作战，唯一的希望在于永田泰次郎的舰队能够扫清这一带的华军舰船。
永田泰次郎向前航行和一支轻巡洋舰分队会合，坐镇“扶桑”号的永田泰次郎直接指挥战列舰队，这支战列舰队包括了***人这一次出动的最大的三艘战列舰：“扶桑”号、“山城”号和“周防”号。担任护卫大型舰艇的直卫舰队是装甲巡洋舰“日进”号、“磐手”号，以及“青森”号轻巡洋舰率领的六艘驱逐舰，指挥官是荒川仲吾海军少将。而侦察舰队则是由“弄内”号轻巡洋舰率领的三艘驱逐舰组成，它们在主力舰队的前方搜索美舰，指挥官是大岛正毅少将。永田泰次郎的计划很简单：进入海湾扫荡，炮击中国舰队，以掩护山田尤之助指挥的船队登陆釜山。
过不多久，***人的侦察舰便发现了李景曦的舰队正在向这里航行，不过他们在情急之下却犯了一个错误，那就是将两艘中国战列巡洋舰误认为是战列舰。
此时中国舰队则处于忙碌之中，“胜利”号和“***”号在早上5点20分便进入战备状态，所有的火炮在很短的时间里便准备完毕。特遣舰队一整天都处在戒备状态，逐渐驶近战场。无线电军官们一直在监听着电台和搜索定位仪器，不放过任何蛛丝马迹。当时李景曦注意到他的舰队曾经进行过的所有协同行动仅是在之前的十几个小时内进行的高速航行，因此他下令舰队组成了一列纵队，轻巡洋舰和驱逐舰位于两艘战列巡洋舰的前方，战列巡洋舰与驱逐舰保持约5000码的距离。
这一次交战双方都把最强大最先进的武器投入到了战斗中，中国人的利刃是两艘新型战列巡洋舰，装备最新式的对海搜索设备和406毫米的巨炮，并拥有厚实的装甲和懂得运用巨炮和最新战术的指挥官和炮手。***人最大的火炮是“扶桑”号和“山城”号上的356毫米火炮，“扶桑”号和“山城”号是目前***海军中拥有主炮数量最多的战列舰，它们都拥有6座双联装主炮塔，在***人看来，没有任何船只能够经受住它们的一次齐射的轰击，另外“扶桑”号和“山城”号还拥有经过良好训练的舰员，其中包括了胜过中国最先进的搜索仪器的优秀了望员。另外，双方都拥有夜战方面的优势，都装备有威力强大的鱼雷战舰，这在夜间对大型军舰来说是很大的威胁。
黄昏时分，李景曦中将命令他的舰队加速行进。这时“胜利”号的舰长斯科特向他的中国舰员们发话：“我们正在进入交战区域，我们不晓得我们会碰上些什么样的敌人军舰，我们也可能会遭到伏击，某种灾难性的事情也可能会落到我们头上。但是无论我们碰到什么事情，我们所能做的，就是坚守岗位，战斗！战斗！而我本人最大的希望，就是能够把你们全部平安的带出来，祝你们大家好运！”他的这番话让“胜利”号上的1300多名从未参加过实战的官兵们安下心来。在第二射击指挥室，韩明钰少尉后来回忆说：“我们已经练习过一百万次了，不过谁也不知道真正的仗是怎么打的，当舰长讲话结束后，周围的气氛显得相当愉快，没有任何人感到害怕或紧张。”
中国舰队继续向前航进，此时舰队已完成了蓝建枢上将的命令，现在由李景曦中将全面接掌指挥权了。当晚的夜景相当优美，夜空中明月高挂，月光照耀在海面上，波光粼粼，天气温暖，海面上显得很是平静。一位美军中尉回忆当时军舰航行的时候，认为“好象是在厚厚的油层上滑行一样”。
夜幕降临后，无线电军官向李景曦报告监听到了一些中***舰的通讯，在这一带活动的中国鱼雷艇向他们的上级报告发现了李景曦的舰队：“那里有两艘大型军舰，但是不知道他们是谁。”这些鱼雷艇看样子打算攻击李景曦的舰队。李景曦命令立即向这些接近的鱼雷艇发出无线电呼号，避免了一场误会，这些本来已经受伤的鱼雷艇在报告了战况之后，接连从李景曦的舰队旁边驶过。
正当李景曦的舰队航行的同时，永田泰次郎的舰队也接近了战场，***人的位置正好在中国舰队的东北方不远处。此时***舰队正分离成三个分队：永田泰次郎的本队战列舰队，木村刚的登陆船队护航舰队和荒村仲吾的直卫舰队。正当舰队分离重编的时候，驱逐舰“霞”号的了望员报告发现了敌舰，随即“胧”号驱逐舰的了望员也证实了这一发现，并识别为“大型战列舰”。得到了报告的荒村仲吾立刻下达了战斗命令。
晚上10时11分，永田泰茨郎的旗舰“扶桑”号也目视到了中***舰。永田泰次郎根据情报认为中国舰队拥有很多驱逐舰和巡洋舰，因此他命令他的轻型舰只趋进以攻击敌舰，留着战列舰准备支援和最终的决战。出于对中国海军鱼雷战舰的恐惧，永田泰次郎觉得不应当将“扶桑”号和“山城”号立即投入到与敌人的轻型舰只的缠斗之中，之前在宁波外海的战斗结果就是个很好的教训。
基于这一原因，***舰队的攻击部队分为了三部分扑向中国舰队，而中国人这边也并没有打瞌睡，“胜利”号的炮长此时正在司令塔上层的岗位上，他下令406毫米主炮装填炮弹，炮手则以无比熟练的动作在最短的时间里完成了这一操作。
这时，在月光的照耀下，“胜利”号的主炮测距官通过主测距仪视认了远处的舰影，这是“青森”号轻巡洋舰。此时的李景曦正在舰桥上抽着一支哈德门香烟，接到发现敌舰的报告后，他微笑着转向斯科舰长，说道：“很好，我们做好迎接他们的准备吧！他们总算来了！”
10时37分，“胜利”号的舰桥下令“准备完毕即可开火”。在舰上的电铃响了两声之后，“胜利”号的406毫米主炮怒吼了起来，喷吐出耀眼的火光。几秒钟后，副炮也开始向冲上来的***驱逐舰开火。紧接着“***”号也开始向同一个目标射击。见势不妙的荒村仲吾立刻下令放出烟幕并掉头向南，他向一腔热血的部下解释是打算将自己的舰队进行重新编组并准备等待更佳的攻击时机。
当李景曦在舰桥上观察***人的行动时，一位军官说道：“看起来他们掉头逃跑了。”然后四艘中国驱逐舰开始了追击。军官们通过测距仪观看着这些驱逐舰的追击，此时远处闪耀着点点白色的火光。事实上这是***驱逐舰在向中***舰还击，而在两艘驱逐舰后面，一艘轻巡洋舰和五艘驱逐舰正在向李景曦的四艘驱逐舰驶来。
这四艘中国驱逐舰显然缺乏夜战方面训练和协作。第一艘驱逐舰很快锁定了目标并开火，第二艘驱逐舰则跟着向同一个目标射击，不一会儿，所有四艘驱逐舰都向着同一个目标开火了，全没注意到危险的临近。
***轻巡洋舰开始了猛烈的炮击，还发射了鱼雷，但鱼雷由于距离太近全部失的。不过***人的炮弹开始命中目标。一艘中国驱逐舰的两个锅炉舱被击中，严重受创，在里面的所有舰员阵亡。第二艘驱逐舰的烟囱被击倒，接着右舷的鱼雷发射管也被击中，引爆了里面准备发射的鱼雷，造成了广泛而致命的伤害。这艘驱逐舰的副舰长当场阵亡，两座炮塔卡住了不能射击，同时开始下沉。
“胜利”号上的水兵们对于驱逐舰这么快就被击沉感到异常震惊。“***”号上的水兵也看到了这番情景，但他们没有时间去悲痛，这时又有一艘中国驱逐舰的后机舱被击中，喷出的高热蒸汽将舰员赶了出去。鱼雷紧锁装置因剧烈的震动而松开，鱼雷毫无用处的掉进了海里。另一发炮弹击中了舰尾，引爆了数枚炮弹，使得这艘驱逐舰着起了大火。
当唯一完好的一艘中国驱逐舰发现了突然杀出来的***军舰，打算进入鱼雷射击阵位时，一枚***驱逐舰射出的鱼雷击中了这艘驱逐舰，导致其弹药舱爆炸，将整个舰首炸飞，该舰随即失去了动力，通讯系统失灵。军舰起火，火势一发不可收拾，上面的炮弹也跟着爆炸，造成了严重伤亡。很快另一枚***鱼雷击中了舰体，将舰体撕了一块下来，这艘驱逐舰试图转向躲避炮火，然而却没有成功。
尽管四艘驱逐舰都失去了战斗力，但两艘中国战列巡洋舰开始进入攻击位置，巨大的舰体在驱逐舰正在燃烧的残骸间驶过，水中飘着浮油，而落水的舰员在海水中挣扎漂浮着。尽管遭到了不小的损失，但在李景曦看来，他之前的决定和这些驱逐舰的牺牲都是有价值的，因为这些驱逐舰挡住了***轻型舰队向他的战列巡洋舰射出的鱼雷。“这是非常令人钦佩的英勇行动，”李景曦在海战后的报告中写道，“可以说他们的牺牲救了我们的战列巡洋舰。”
与此同时“***”号也跟着“胜利”号从那些残骸旁驶过，舰员们都能看到数以百计的落水者在水中挣扎，梅文利上尉下令自己负责的损管控制部门将救生艇抛下海，这一行动挽救了相当多的生命，而在海里挣扎的人仍然斗志高昂，“***”号的舰员们不止一次听到水里人们的叫喊声：“干掉小***！把他们全干掉，快点！”
此时三艘***战列舰也接近了战场，并且看到在燃烧的残骸前驶过的中国战列巡洋舰——那些巨大的舰影映在熊熊火光中，可以说十分醒目。***战列舰立刻打开了探照灯，罩住了“胜利”号，并且立即开火射击。与此同时，“青森”号轻巡洋舰和四艘***驱逐舰也迫不及待的向“胜利”号齐射鱼雷，但让***人失望的是一枚也没有命中。