黄海大战中，北洋大水师将领的素质得到了最好的发挥（有人认为当时海战丁汝昌指挥阵形失误，这并不正确，留待后述）。

　　海战伊始，旗舰“定远”被击中。刘步蟾立即“代为督战”，首先发炮击伤“吉野”。随即令舰队以“人”字形之尖端拦腰切断日本联合舰队阵列，至下午1时，日舰“比睿”号被“定远”击中失去战斗力，挂出“退出战列”信号逃逸。“赤城”、“西京丸”（日海军军令部氏座舰）也被“定远”炮击受创，相继逃离作战海域。下午3时，北洋“致远”、“经远”等4舰先后受伤起火沉没。“济远”、“广甲”退出战场。只剩“定远”、“镇远”在刘步蟾、林泰曾指挥下拼死苦战。“定远”数次被炮击起火。但刘步蟾镇定临危，又指挥发炮击中日本旗舰“松岛”号，使之丧失海战能力。至5时，日本残存舰只首先退出战场，此时“定远”已弹尽，但刘步蟾仍率舰奋追，终因速力不及而退回。

　　震惊中外的甲午海战，刘步蟾等将领发挥的优秀军事指挥才能，及广大海军官兵的海战实力，为中外所共誉。如果不是弹缺药尽、马力速度等技术原因，北洋水师必将奏凯而还。北洋水师的炮弹之缺、爆炸力之劣是最致命的问题，此役中日双方参战舰只各12艘，北洋水师损失舰船5艘（其中1艘是自撞而沉）伤四艘，日本联合舰队亦被重创和击伤5艘，但均因炮弹质量低劣未能使其沉没。表面上看，日本联合舰队未被击沉一舰，但日军旗舰、座舰均被击中而丧失指挥和作战能力，最后主动退出战场。而北洋水师旗舰几次失火仍继续指挥海战。这场海战北洋水师指挥官的素质明显高于日方，因而这场海战的胜利实际从战略意义上看，北洋水师是打胜了。因为战前日本大本营制订的作战目标是“聚歼清舰于黄海”。海战的结果是日本联合舰队的作战目标完全失败。

　　另一方面，用现在的话说，北洋水师的“政治素质”也是极高的。是役参战前，从提督以下大都已抱必死之心。据在北洋舰队任职的英国人泰莱回忆：大战之前，北洋舰队官兵皆“渴欲与敌决一陕哉，以雪‘广乙’、‘高升’之耻，士气旺盛，莫可言状”。如丁汝昌嘱家人：“吾身已许国”，邓世昌对部下云：“设有不测，誓与日舰同沉。”刘步蟾语部将：“苟丧舰，誓与日舰同沉”，“镇远”大副扬用霖亦誓日：“战不必捷，然此海即余死所”……战之前，将士纷纷寄家属遗书，矢志捐躯报国。如“经远”二副陈京莹家书云：“大丈夫以殁于战场为幸，但恨尽忠不能尽孝耳！双亲老矣，勿因丧子伤感……则儿九泉瞑目也”，“致远”正管轮郑文恒家书云：“此次临敌，决死无疑。老父年迈，兄幸善事焉，勿以弟为念！”……这些令神鬼为泣的誓言，体现了中国人民伟大的爱国精神和英雄气概。

　　在大战爆发之即，“定远”发令，舰队各舰“无不竞相起锚，行动较之平昔更为敏捷，即老朽之‘超勇’、‘扬威’两舰，起锚费时，因之落后，然亦疾驰，竞就配备，官兵均狞厉振奋，毫无恐惧之态”。泰莱的叙述不仅写气势，而且有细节，例如他曾亲见“一兵重伤，……彼虽已残废，仍裹创工作如常”。另据在“镇远”舰上参战的美国人马吉芬回忆：“12时巨炮炮手某，正在瞄准之际，忽来敌弹一发，炮手头颅遂为之掠夺爆碎，头骨片片飞扬，波及附近炮员，而（其它）炮手等毫无惊惧，即将炮手尸体移开，另以一人处补照准，赓续射击。”两位参战外籍人士的描述是真实可信的。使人们今天还能感受到北洋水师普通水兵勇猛顽强的战斗意志和强烈的赴死精神！对水师普通水兵英勇精神的记述是很多的，如“来远”水兵王福清在搬运炮弹中脚跟被日舰弹片削掉，但他竟毫无察觉，仍然肩扛炮弹来回奔跑！“镇远”舰水兵们为防止通气管将甲板上的火焰引入机舱，竟将风斗拆掉，冒着升至华氏200度的高温继续操作，这样的精神和素质是对手日本军人所根本不具备的。在这场大海战中，日本海军领略了中国海军战斗意志和炮火的威力，日方在战后的回忆字里行间，描绘着被北洋水师炮弹击中的惨状，至今读来还感受到日本海军的恐惧心理和情绪。

　　是日15时30分许，北洋水师主力“定远”舰305毫米大口径主炮发射一发巨型炮弹，准确命中日本联合舰队旗舰“松岛”右舷下甲板4号炮位（马吉芬《什匕八年海战史》认定“松岛”是被“镇远”击中。而日本联合舰队航海长高木英次郎少佐则认为“定远”、“镇远”两舰主炮同时发射，但中日双方高层李鸿章、伊东祐亭分别向清廷和日本大本营的奏折和报告，均认定是“定远”发炮击中“松岛”），不仅使该炮位丧失战斗力，同时还引起“松岛”舰上炮弹堆的猛烈爆炸，据日本人记载，当时“如百电千雷崩裂，发出凄惨绝寰之巨响。俄而剧烈震荡，船体倾斜。烈火百道，焰焰烛天，白烟茫茫，笼蔽沧海，死伤达八十四人。死尸纷纷，或飞坠海底，或散乱甲板，骨碎血溢，异臭扑鼻，其惨瞻殆不可言状。”甲午海战后，日本人平田胜马还出版了一册《黄海大海战》，也怀着悲惧的心情描述被北洋水师“定远”击中后的惨状：“……头、手、足、肠等到处散乱着，脸和脊背被炸烂得难以分辨。负伤者或俯或仰或侧卧其间。从他们身上渗出鲜血，粘糊糊地向舰体倾斜方向流去。滴着鲜血而微微颤动的肉片，固着在炮身和门上，尚未冷却，散发着体温的热气……”，骄横狂妄的日寇看来也惊魂未定，他们的描述与当时在“镇远”舰上参战的美国人马吉芬对英勇的北洋水师战士的描述有何等的天壤之别！据说，日本舰队表面不可一世，实际上对北洋水师尤其“定远”、“镇远”两艘巨舰是心存畏惧之心的，所以在海战中日本联合舰队以多艘军舰重点围攻，弹雨矢林，必欲除之。但北洋水师官兵的勇猛精神和战斗素质使得日寇得到无比凄惨的教训！仍举“松岛”号为例，“定远”一炮击中，使日舰指挥塔舵机、电缆、大部火炮均毁坏，指挥官伊东祐亭不得不挂起“不管”旗，令日舰各自行动。