Sau cuộc tấn công đêm, lúc 8 giờ sáng, Đô đốc Togo cử thuộc cấp của mình, Phó Đô đốc Shigeto Dewa, với 4 tuần dương hạm làm nhiệm vụ trinh sát khu thả neo của cảng Arthur và đánh giá thiệt hại. Cho đến 9 giờ, Phó Đô đốc Dewa đã đến đủ gần để nhìn thấy hạm đôi Nga qua làn sương mờ buổi sáng. Ông thấy có 12 thiết giáp hạm và tuần dương hạm, 3 hay 4 chiếc dường như bị hư hại nặng hay bị mắc cạn. Các tàu nhỏ ở ngoài đường vào cảng lộn xộn thấy rõ. Dewa tiến đến cách vịnh khoảng 7.500 yard (6.900 m), nhưng không có tàu Nhật nào bị phát hiện, ông tự cho rằng cuộc tấn công đêm đã làm tê liệt thành công hạm đội Nga, và giảm tốc để báo cáo với Đô đốc Togo. Khi Dewa tiến đến gần hơn 3 hải lý (6 km), không nghi ngờ gì nữa, kết luận của ông là sai.

Không biết rằng Hạm đội Nga đã sẵn sàng chiến đấu, Dewa hối thúc Đô đốc Togo rằng thời điểm này đặc biệt thuận lợi cho hạm đội chính tấn công chớp nhoáng. Mặc dù Togo thích lừa Hạm đội Nga ra khỏi sự bảo vệ của pháo bờ biển, kết luận lạc quan sai lầm của Dewa có nghĩa là sự mạo hiểm đã bị phủ nhận. Đô đốc Togo ra lệnh cho Sư đoàn 1 tấn công cảng, với Sư đoàn 3 dự bị ở cánh.

Khi tiến gần đến cảng Arthur, người Nhật gặp tuần dương hạm Nga Boyarin, lúc này đang đi tuần. Boyarin bắn vào tàu Mikasa ở khoảng cách rất xa, rồi quay đầu bỏ chạy. Vào lúc 11 giờ sáng, ở khoảng cách khoảng 8.000 yard (7.000 m), trận chiến giữa hai Hạm đội Nga Nhật bắt đầu. Quân Nhật tập trung pháo hỏa lực cỡ 12 inch vào tấn công các pháo bờ biển trong khi dùng các pháo cỡ nòng 8 inch và 6 inch bắn vào các con tàu Nga. Cả hai bên đều bắn kém, nhưng người Nhật đánh trọng thương các tàu Novik, Petropavlovsk, Poltava, Diana và Askold. Tuy vậy, sớm có bằng chứng để nói Dewa đã phạm một lỗi nghiêm trọng. Trong 5 phút đầu của trận đánh, tàu Mikasa bị trúng một quả đạn nảy, nổ tung trên tàu, làm bị thương kỹ sư trưởng, sĩ quan cận vệ đô đốc, và 5 thủy thủ và sĩ quan khác, phá hỏng đài chỉ huy thuyền trưởng ở cuối tàu.

Lúc 12 giờ 20, Đô đốc Togo quyết định thu nhặt xác chết và thoát khỏi cái bẫy. Đây là một bước đi vô cùng nguy hiểm khi phơi cả hạm đội ra trước họng pháo bờ biển của quân Nga. Bất chấp hỏa lực mạnh, các thiết giáp hạm Nhật Bản vẫn hoàn thành được cuộc tấn công và nhanh chóng rút ra khỏi tầm bắn. Các tàu Shikishima, Iwate, Fuji và Hatsuse đều trúng đạn. Các tuần dương hạm của Phó Đô đốc Hikonojo Kamimura cũng bị trúng đạn khi chúng đến điểm ngoặt. Vào lúc này, chiếc Novik chỉ cách các tuần dương hạm Nhật Bản khoảng 3300yard (3.000m) và bắn một loạt ngư lôi. Tất cả đều trượt và chiếc Novik lãnh lại một đòn nặng ở dưới mực nước.