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德国舰队为什么要首先开炮，这在历史上确实是一个讨论颇多的问题，威森堡舰的舰长始终拒绝承认自己下达过开炮命令，后世的历史学家认为这是下级军官的自作主张，也有人认为是威森堡舰的舰长不敢承担责任，不管怎样，战斗已经发生了。
致远舰管带邓世昌见到德国军舰开炮，随即下令开炮反击，不过他命令舰首的那座两联装210毫米主炮装填实心弹进行反击。
在反映甲午战争的电影作品中，出现了炮弹里面装满沙土的情节，其实对于实心弹而言，炮弹里面装填沙土是再平常不过的事情，这种炮弹主要用于穿透对方舰船，杀伤威力不如开花弹，也就是高爆榴弹，所以在甲午海战中，缺少高爆榴弹的北洋舰队惨败在日本联合舰队之手。
开炮命令一下，桅杆上面瞭望楼中的观察员使用测距仪测算两舰的距离，并测算双方军舰的航速，随即求解弹道诸元，这些诸元用于确定火炮的俯仰角度和炮口指向。
致远舰上的炮手都是服役多年，经验丰富，得知了弹道诸元之后，一个炮手迅速调整火炮身管位置，由于舰首的主炮是由液压为动力控制，所以沉重的火炮只由一个炮手就可以轻松转动。
在致远舰火炮位置的甲板下面，开出了多个小格子，这些格子用来存放炮弹，舰首主炮下面有42个之多，这些炮弹放在火炮附近，免去了把炮弹堆积在火炮旁边的危险，为了防止殉爆的发生，所以并没有格子中并没有存放发射药包的位置，不过在之前的准备过程中，水手已经将发射药包提前取出。
调整好位置之后，几个炮手抬起将近一百斤重的炮弹，从火炮后部的装弹口放入炮膛，一个水兵抱起三四十斤重的发射药装进炮膛，关闭装弹口之后，火炮随即击发。
两发实心弹呼啸着砸向威森堡舰，第一发炮弹击中了威森堡舰水线附近的船舷，由于受到排水量的限制，威森堡舰的主要装甲防护都集中在这个区域，所以炮弹并没有穿透装甲，但是高速飞行的炮弹的撞击还是让全舰的人一震，几个水手甚至被震飞起来。
第二发炮弹落到舰尾甲板上，由于这是一枚不会爆炸的实心弹，所以这枚弹把木制的地板砸得木屑横飞，穿到舰尾的下层，被轮机舱外的防护甲板挡住。
这两发炮弹尽管没有对威森堡舰造成致命的伤害，可是却令舰长康斯特担心不已，他知道自己的军舰的动力系统出现了故障，在快速的致远舰面前，自己的威森堡舰就像一只待宰的羔羊，他知道如果驶出了胶州湾，致远舰就有可能放弃对他的打击，可是缓慢的航速又让这个幻想破灭。
致远舰上的邓世昌之所以命令使用实心弹，一方面是因为北洋舰队的经费不足，已经好久没有购买高爆榴弹了，一方面是因为他不想把事态闹大，只想用两发实心弹惩戒一下对面的德舰。
瞭望楼上的观察员通报了炮弹的打击结果，甲板上的炮手们立刻欢呼起来，等待着下一次射击的命令。
平远舰只是一艘近海防御舰，它的最大航速也就只有11节，这个航速也无法维持得太久，所以在追击中远远落在了后面。
这时致远舰的观察员发现，东南方向，三艘军舰向着致远舰高速驶来，那舰首劈开的浪花显示出了它令人惊叹的速度，随即观察员看清了军舰上面的黑白红三色旗，然后观察员逐级上报：三艘德国军舰向己方驶来。
这三艘军舰是德国舰队中的轻型巡洋舰，特地来接应威森堡舰，没想到正巧遭遇到双方的炮战。
这种轻型巡洋舰上主要装备105毫米速射炮，装于舷侧，每一侧有四门，所以，这种巡洋舰想要对敌舰发起打击的时候，一定要将舷侧对准对方，三艘轻巡洋舰随即加入战斗，高达18节的航速让它们在快速进入战场方面绰绰有余。
三艘轻巡洋舰的目的很简单，掩护威森堡舰尽快撤出战斗，可是致远舰并不知道这些，致远舰下令，所有火炮进入战斗状态，随时开火。
致远舰在速度上没有优势，只能寄希望于火力，毕竟致远舰上拥有三门210毫米火炮和两门150毫米速射炮，邓世昌又下令，这五门火炮全部转向舷侧，准备攻击三艘轻巡洋舰。
三艘轻巡洋舰在致远舰的火炮射程之外，利用速度优势向致远舰身后驶去，希望对致远舰进行三面包围，这样，致远舰的五门大口径火炮就无法实现对某一艘军舰的集火，而且这样还便于轻巡洋舰对致远舰的攻击。
邓世昌此时已经识破了三艘德国军舰的诡计，于是下令，向三艘德舰接近，接近的同时保持舷侧对准德国军舰，希望利用火力的优势尽快重创一艘德国军舰，以摆脱以少打多的不利局面。
三艘德国军舰见到致远舰向己方驶来，也明白了致远舰的意图，三艘德舰于是加快速度，想要赶在致远舰拉近距离之前对其完成包抄。
致远舰抢先一步，一艘德舰进入了射程，三门210毫米火炮一起开火，这一次致远舰使用的是高爆榴弹。
这种轻型巡洋舰为了提高航速和续航力，所以只在弹药库和轮机舱外装备了比较薄的装甲，两枚炮弹在舷侧附近的海水中爆炸，飞溅的弹片射穿了木制的甲板，甲板内的隔舱中装着大量的燃煤，这也是19世纪军舰设计的思路之一，即燃煤可以充当军舰的防护，尽管从战争史来看，这个设计体现的防护作用并不明显，可是这些燃煤却保护了这艘德国军舰。
第三枚炮弹直接击中了甲板，巨大的气浪和弹片炸断了高高的桅杆，观察员当场丧命，致远舰继续逼近受伤的德国巡洋舰，这时，其余的两艘已经绕到致远舰的尾部，向致远舰的另一舷侧迂回。
邓世昌并没有下令大口径火炮移动，致远舰上还装备着各种口径的机关炮十几门，他下令机关炮对准接近的德舰攻击，大口径火炮则继续攻击那艘已经受伤的德国巡洋舰，修正了弹道之后，邓世昌果断下令五炮齐射，在致远舰的设计上，舰长只需要按一个电钮，军舰上的火炮就可以实现齐射。
这五发炮弹对那艘轻巡洋舰产生了致命的打击，一发炮弹击中了舷侧的炮房，炮房外面薄薄的一层铁甲根本不足以抵御威力强大的炮弹，炮弹击中了堆积的弹药，最令人恐怖的殉爆发生了，巨大的爆炸在舷侧发生，波及了轮机舱，幸运的是火药库在装甲的保护下安然无恙。
这艘战舰的航速一下子就降了下来，失去了战斗力，只要致远舰继续对它攻击，沉没是早晚的事。
这时，迂回到另一侧和舰尾的巡洋舰同时开火，致远舰一瞬间弹如雨下，探照灯，飞桥都有不同程度的损伤，致远舰上位于舷侧炮台的一门150毫米舰炮被炸坏，失去战斗力。
邓世昌下令，全舰的大口径火炮转向另一舷，可是转向需要时间，尤其是舰尾的那门210毫米主炮，由于舰尾的甲板下面布置了生活舱室，所以无法在这个地方布置复杂的液压传动装置，于是这门主炮就不得不采用人力运转，转向的时间就更慢了，而那些小口径的机关炮，并不能对德国巡洋舰造成致命的杀伤。
也就是说，致远舰还要承受至少三轮的火炮齐射！