激烈的战斗进行到了2时43分，***舰队损失惨重，士气逐渐的开始低迷，而中国舰队则越战越勇，“胜利”号一马当先，“***”号紧随其后，继续向日舰猛射。这时***舰队再次遭遇到了中国驱逐舰队的攻击，这是奉命前来支援的由邓仲文海军上校指挥的第5驱逐舰中队的6艘驱逐舰，中国驱逐舰高速逼近日舰，尤其是坐镇在“破军”号驱逐舰上的邓仲文上校率领两艘驱逐舰“七杀”号和“天狼”号开到了日舰的至近距离，一共发射了12枚鱼雷。其中“破军”号的鱼雷又一次命中了“山城”号，这次是左舷中部中雷，“山城”号内的通信立时中断，指挥陷入一片混乱之中。
鱼雷发射完毕的“七杀”号、“破军”号和“天狼”号并未返航，而是改变航向，开始用火炮向漂浮在水面上的“日进”号和“青森”号射击，正在这时，中国驱逐舰忽然掉头，原来是接到了战列巡洋舰队发来的信号，让他们不要挡住炮口。3时15分，中国驱逐舰开始撤离，“七杀”号临别时还射出了其最后的几枚鱼雷，将“日进”号送进了海底。
在得知“山城”号中了鱼雷之后，永田泰次郎意识到败局已定，他下令全体向南撤退。“青森”号此时仍然浮在水面上，它的锅炉和发动机仍然可以运作，但舵机受损进水，船舵锁死。荒村仲吾试图拯救“青森”号，但“青森”号的进水越来越难以控制，而由于火势向弹药舱蔓延，水手们被迫向弹药舱注水，但却恶化了进水程度。3时27分，“青森”号也沉没了。此时仍在海上等待救援的被日舰击沉的中国驱逐舰的舰员们饶有兴趣地观看了“青森”号最后发生的大爆炸。
中国舰队继续保持着攻击的势头，3时49分，中国舰队的火力集中射向了烟幕中的“扶桑”号身上，“扶桑”号的周围到处都腾起了高低不整的水柱，1分钟后，聚拢在一起的中国轻巡洋舰和驱逐舰再次顶着交战双方的炮火全体杀上，在海面上留下了数十道鱼雷航迹后又快速撤离，“山城”号见势不妙连忙回避，但是其前方的“扶桑”号却因为行动迟缓，被“海风”号轻巡洋舰发射的一枚鱼雷拦腰击中，航速顿时大减，这艘巨大的军舰开始向右回旋，但蹒跚行进了不远就再也开不动了。