见到“孟春”舰要逃跑，中国炮舰立刻进行了追射，很快就有一颗炮弹射中了“孟春”的左舷，“孟春”的舷墙被击坏，9名日本水兵死伤。但司令塔内的舰长矶边包义已经顾不上部下的伤亡，他声嘶力竭地对着通话筒喊叫，催促轮机室加快航速，“孟春”舰渐渐离开“凤翔”，向远处驶去，留下“凤翔”号独自承受中国军舰的致命炮火。
作为1艘炮舰而言，“凤翔”舰的舰体设计显得略为怪异，军舰外观上的主要识别特征为三桅单烟囱，前后桅上都设有了望桅盘。军舰的主甲板非常低矮，为了增强适航性，提高破浪能力，军舰的舰首设计了一段不长的首楼，首楼甲板上设置锚床和吊锚杆，并安装有1门178毫米口径旧式前膛炮，首楼内则是起锚绞盘、锚链舱等设施、舱室。自首楼向后，“凤翔”舰的主甲板配备有1门同为旧式的140毫米口径克虏伯后膛炮，在这样小的舰体上承载如此之大的火炮，使得这艘小炮舰的甲板上显得拥挤不堪。由于低矮的主甲板在航行时容易上浪，“凤翔”舰的主甲板外缘又增加了一圈可折倒的挡板，这种挡板在高速航行时支起，防止海浪扑上主甲板，作战时则折倒放下，以露出安装在主甲板上的火炮，方便射击。由于密布舷边都是折倒的挡板，甲板上的火炮武备也似乎淹没在杂物和上层建筑的阴影中，使得“凤翔”在陌生人眼中，很难与一艘军舰联想到一起。
伊东佑磨之所以将炮舰“凤翔”编入这次出行的序列，原本是没有预料到会和中国海军的主力遭遇，只是想带着这艘吃水浅的军舰，便于进出港湾河汊，侦察番民和中国守军活动的迹象，根本未曾考虑到要让“凤翔”舰参加到大规模的海战中来。但是此时，弱小的“凤翔”舰已经被友舰抛弃在中国舰队的炮口前，居身在司令塔内的舰长山崎景则海军少佐惊恐地发现，5艘中国巡洋舰正快速驶来！
在冲过中国炮舰队的阵前之后，趁着中国炮舰的炮火稍稍停歇之际，“凤翔”号正欲快速逃离战场，却不想和正在围着“东”号和“日进”号绕着圈进行炮击的5艘中国巡洋舰迎面对驶！
迎面而来的中国巡洋舰逼近到距离“凤翔”舰约800米处开始炮击，“凤翔”舰也用自己的火炮竭力还击。面对数艘中国海军的巡洋舰，过于弱势的小炮舰“凤翔”显然无法对抗占优势的中国军舰，没有任何额外防护的舰体多处被穿透，交火中，“凤翔”舰上的日本海军官兵死伤惨重。
“当‘凤翔’号横越敌队形后，‘和硕公主’号、‘超武’号、‘澄庆’号三艘清国巡洋舰猛射‘凤翔’号，至距离约八百米时，对‘凤翔’号组成覆盖炮火，其苦战程度可想而知。”（“日清战史”——《近世海军史要》）
在3艘中国海军最新锐的巡洋舰的舷侧，140毫米口径后膛炮频繁地射击，“凤翔”号再也承受不了这种打击，舰体开始慢慢的倾斜。
看着这艘日本炮舰已经遭到重创，中国巡洋舰没有再继续攻击它，而是继续绕向“东”号和“日进”号的舰尾方向，猛烈攻击这两艘军舰。
中国巡洋舰队的离去使“凤翔”舰得以暂时避过中国军舰的可怕的火力网，向战场外航行，以图自救。然而到了11时25分左右，中国炮舰队追了上来，继续向“凤翔”号射出密集的弹雨，再也无法抵御这致命炮击的“凤翔”舰，在烈火和硝烟中开始缓缓下沉。
由于此时离海岸已经很近了，就在山崎景则少佐下令“凤翔”舰抢滩之际，一发由“建胜”号炮舰射出的140毫米炮弹正中“凤翔”号的司令塔，包括山崎景则少佐在内的9名日本军官全部被炸死。失去了指挥的“凤翔”号无助的承受着狂暴的打击，11时32分，“凤翔”号倾覆，消失在了海面上。舰上65名官兵仅有12人幸存。
在击沉了“凤翔”号之后，4艘中国炮舰开始追赶逃跑的“孟春”号，12时15分，中国炮舰队的领队舰“福胜”用舰首的140毫米口径后膛炮击中了“孟春”舰的飞桥甲板，正在飞桥上设法指挥自己的军舰摆脱追击的“孟春”舰舰长矶边包义少佐随着炮弹爆炸形成的冲击波给丢到了海中，与此同时，“孟春”舰的首楼甲板也连续中弹，一颗炮弹轻松的穿透了尾楼顶部甲板，击毁了尾楼内用来从主弹药库提升弹药的运弹装置，在附近待命准备随时救火损管的日本士兵被击毙6名，击伤2名，“孟春”舰上的140毫米口径火炮失去了弹药供应。很快又有一枚炮弹再次穿透了尾楼顶部甲板，尾楼内的2名救火队员和1名修理员被击毙。
看到舰长坠海，原本在飞桥甲板下操舵室中指挥的“孟春”舰航海长木村胜一立刻来到飞桥甲板上，接替舰长指挥。这位新任的舰长一面下令关闭通风筒通往锅炉舱的阀门，停止其通风的功能，而将通风筒改作运弹通道，保证炮位上的弹药供应，当时军舰上的大型通风筒除了通风外，风筒内还有一套绞车提升装置，用来从机舱把煤渣提升到甲板上，必要时大型通风筒还可以作为轮机人员从机舱逃生的应急出口。“孟春”舰显然是将原本提升煤渣的绞车、铁桶当成弹药提升装置来使用了。一方面急急指挥军舰向左急转。很快，一场更大的打击降临到“孟春”舰上，已经多次中弹的后桅杆又被击中，轰然巨响声中，飘扬着日本海军旗的后桅再也无法支撑，终于折断倒塌。
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