Русские корабли изготовились к бою. Поскольку Корея была нейтральной страной и в гавани находились стационеры Англии, Франции, Италии и САСШ, то Руднев отправился с протестом на английский крейсер «Тэлбот». Его командир коммодор Бейли встретился с адмиралом Уриу и заявил о недопустимости боевых действий на нейтральном рейде, но против высадки японского десанта не возражал.

9 февраля в 7 час 30 мин командиры английского, французского, итальянского и американского стационеров получили уведомление Уриу о предстоящем нападении, в связи с начавшейся войной, на русские корабли и предложение покинуть порт, удалившись от места сражения на безопасное расстояние. Командиры французского и итальянского кораблей предложили Бейли заявить протест ввиду нарушения японцами нейтралитета Кореи. Протест был заявлен и направлен адмиралу Уриу. Он его получил за несколько минут до начала боя.

Одновременно Рудневу передали ультиматум с предложением покинуть порт или быть атакованным, в случае отказа, прямо на месте стоянки. Надо отметить, что в тексте протеста, направленном японскому адмиралу, стоял пункт, в котором, в случае отказа русских кораблей выйти в море, иностранные стационеры покинут порт. Капитан 1-го ранга Руднев принял решение встретить противника за пределами гавани и принять бой. О сдаче кораблей речи не шло. Правильно ли поступил Руднев, решив принять бой? Правильно ли он поступал, ожидая инструкций из Порт-Артура? Разумеется, Руднев должен был полностью подчиняться распоряжениям своего начальника, а Павлов, ожидая указаний из Петербурга, не сделал главного — не отправил в Порт-Артур и не спас тем самым крейсер. Должен ли был Руднев, опираясь на международные законы о нейтралитете, затягивать время в переговорах? Это было бесполезно — нейтральные корабли готовы были покинуть порт, и никто бы не мешал японцам атаковать русские корабли.

Мог ли «Варяг», протянув время до наступления темноты, осуществить ночной прорыв? Это было практически невозможно по двум причинам. Первая — это то, что порт Чемульно находится в глубине залива и выход из него идет по довольно узкому фарватеру длиной в 30 миль. Если бы открытое море находилось сразу за выходом из порта, то такая возможность имела бы место, но прорыв под огнем шестерки крейсеров был невозможен.

Была и другая причина, связанная с состоянием машин «Варяга». Дело в том, что механизмы крейсера имели один существенный конструктивный дефект. При движении на экономической скорости в 10 уз. приводы поршней цилиндров низкого давления, в связи с отсутствием разобщения, висели «мертвым грузом» и приводили к «неравномерному и неправильному натяжению частей коленчатого вала и столь же неравномерному истиранию вкладышей подшипников цилиндров высокого давления». Все это приводило к расстройству машины в целом

Совершив переход до Порт-Артура, потенциально быстроходный крейсер и после ремонтов в базе не мог развивать скорость более 16 уз. На короткое время он мог дать и 20 уа, но рисковал привести при этом машину в полную негодность. Учитывая оба этих обстоятельства, о прорыве разговор идти не мог, о чем Руднев прекрасно знал и поэтому, вопреки советам, не взорвал «Корейца» и решил принять бой совместными усилиями, а там будет что будет.

Корабли изготовились к бою. Выбросили за борт все ненужное и представляющее опасность в пожарном отношении и несколько усилили защиту машинного отделения колосниками и тросами. Подготовили и пластырь на случай подводной пробоины. В 11 час 10 мин прозвучал сигнал: «Все наверх, с якоря сниматься». «Варяг» и за ним «Кореец» направились к выходу из бухты к месту своего последнего боя.

В районе острова Идольми их поджидал отряд Уриу. Пословица гласит «Много врагов — много чести». В данном случае японцы оказали двум русским кораблям исключительную честь, выставив против них 14 вымпелов. Один «Асама» имел бортовой залп, почти в два раза превышавший суммарный бортовой залп русских кораблей. Всего японцы имели на своих кораблях четыре 203-мм, тридцать восемь 152-мм и восемнадцать 120-мм пушек, не считая мелких калибров. Русские корабли располагали двумя 203-мм (старыми, стреляющими дымным порохом) и тринадцатью 152-мм пушками. Преимущество японцев усугублялось еще и тем, что русские корабли при своем движении могли использовать только несколько носовых орудий: «Варяг» — три-четыре 152-мм и «Кореец» — одно 203-мм Их же встречали бортовые залпы четырех 203-мм, двадцати трех 152-мм и одиннадцати 120-мм пушек

В 11 час 45 мин «Асама» открыл огонь по «Варягу», тот через две минуты ответил. В первые минуты боя «Варяг» лишился дальномерной станции. Не имеющие броневого прикрытия — выходят из строя пушки. Впрочем, часть из них вышла из строя без японского вмешательства. Принимая на вооружение французские пушки Кане, русское морское командование не удосужилось испытать их стрельбой на дальние дистанции. В результате при больших углах возвышения зубчатые секторы подъемных механизмов выходили из строя — ломались зубья. Этот дефект был известен, но усиление подъемных дуг и секторов делалось только на новых орудиях. «Варяга» модернизация не коснулась. О самом бое, о героизме его участников можно прочитать у Р. Мельникова, и не станем мы на этом останавливаться.

Постепенно дистанция сократилась до 30 кабельтовых, огонь противника усилился. Крейсер получил подводную пробоину с левого борта, два котла сдвинулись с места, образовалась течь в одной из угольных ям. Потери в людях росли, и Руднев принял решение отступить, для чего сделал поворот направо. В этот момент рулевое устройство получило повреждение, и корабль с трудом уклонился от рифов острова Идольми. «Кореец» сделал поворот в другую сторону, чтобы не оказаться с «Варягом» на одной линии и не подвергаться опасным продольным залпам. Отстреливаясь от неприятеля, русские корабли направились в Чемульпо, и в 12 час 45 мин бой прекратился.

Неприятель не особенно дорого заплатил за победу. Впрочем, ряд его кораблей получили попадания и некоторые повреждения. В частности, кормовая башня крейсера «Асама», будучи поврежденной вначале, бездействовала до конца боя. Повреждения, которые получил «Варяг», были значительны, но не чрезмерны, учитывая огромное преимущество японцев в артиллерии. В целом не так уж и хорошо стреляли японцы, если за 45 мин боя не сумели потопить русские корабли. Помимо ряда пробоин и вышедших из строя орудий (исправными остались только две 152-мм пушки) «Варяг» получил большие потери в людях. Убитых было 32 человека, раненых — 80. Невосполнимой потерей, сделавшей невозможным продолжение боя, стала огромная убыль в составе орудийной прислуги — до 43%. В этом бою полностью проявилась несостоятельность идеи безбронного и лишенного зашиты орудий корабля, выдвигаемая адмиралом С. Макаровым. Во время боя «Кореец» повреждений не получил

Возвращение русских кораблей в гавань обязывало иностранные стационеры покинуть место стоянки. Однако при виде израненного русского корабля, они проявили определенное мужество и приняли русских моряков на свои корабли. Исключением был только американский стационер, отказавшийся принять русских моряков. Остальные — «Тэлбот», «Паскаль» и «Эльба» — проявили гостеприимство и разместили оказавшихся в несчастье русских моряков. Часть раненых, ввиду их тяжелого состояния, разместили в береговом госпитале. После того как русские моряки покинули свои корабли, «Кореец» был взорван, а «Варяг» — затоплен.