Переговоры между Россией и Японией по манчжурскому и корейскому вопросам зашли в тупик, и тогда японцы решили действовать, не дожидаясь усиления русской тихоокеанской эскадры кораблями отряда контр-адмирала А. А. Вирениуса. Приказ японского императора о начале войны с Россией был получен 24 января, японские корабли покинули свои базы и направились к Порт-Артуру. В качестве основной ударной силы было решено использовать истребители, которым приказали ночью атаковать русские корабли, после чего успех их атаки будет закреплен утром в эскадренном бою. Ожидалось, что русские, не будут готовы к отражению внезапной атаки, понесут значительные потери и откажутся от активных действий на море. Также планировался захват русских стационеров в Чемульпо и высадка там японских войск. Вечером 26 января основные силы японского флота подошли к острову Роунд (44 мили от Порт-Артура) и в 17.05 на мачтах "Микасы" был поднят сигнал: "По заранее назначенному плану идите в атаку. Желаю полного успеха". 1, 2 и 3-й отряды истребителей (10 кораблей) пошли к Порт-Артуру, а 4-й и 5-й отряды (8 кораблей) к Талиенвану.
Русская эскадра, недавно вернувшаяся из похода, стояла на внешнем рейде Порт-Артура в четыре линии. На "Полтаве", "Победе" и "Диане" грузили уголь, и корабли были ярко освещены. В дозоре находились миноносцы "Бесстрашный" и "Расторопный", на эскадре дежурили "Ретвизан" и "Паллада". На русских кораблях успели заметить силуэты вражеских миноносцев, и по ним был открыт огонь, тем не менее, в 23.35 "Ретвизан" получил попадание торпеды, а потом торпеды попали в "Цесаревич" и "Палладу". Поврежденные броненосцы сели на мель в проходе, а "Паллада" стала на якорь у маяка Люшинкоу. 13 матросов погибли и 32 получили отравление пороховыми газами. После атаки японские миноносцы ушли в Чемульпо.
В отечественной исторической и художественной литературе долгое время существовала версия, будто большая часть офицеров эскадры во время атаки находилась на балу в честь именин супруги адмирала Старка, и поэтому корабли не были готовы к отражению японской атаки. Но эта версия не подтверждается документами - к 18.00 26 января все офицеры эскадры вернулись на свои корабли. Был отдан приказ об усиленном охранении по эскадре, который, однако, вступал в действие с 28 января. Стоит отметить, что японцы совершили ошибку, во-первых, разделив свои истребители на две группы (4-й и 5-й отряды не обнаружили противника) и, во-вторых, атаковав русскую эскадру не сразу, а трижды (с небольшими промежутками). Их последующие нападения уже утратили внезапность, и истребители выходили в атаку под огнем русских кораблей. В результате ни один русский корабль так и не был потоплен.
Утром 27 января основные силы японского флота (6 броненосцев и 9 крейсеров) подошли к Порт-Артуру, русские броненосцы стали сниматься с якорей. В 11.05 с "Микасы" был произведен выстрел, и обе эскадры открыли огонь. Первоначально русские корабли могли вести огонь лишь из носовых башен, но в 11.20 эскадра построилась и открыла огонь правым бортом. В 11.30 в бою приняли участие русские береговые батареи № 7, 9, 13, 15, 17, 18 и "Артиллерийская". Японские корабли стали получать большое количество попаданий, и в 11.45 адмирал Того приказал повернуть на юг. Первый бой главных сил завершился. Японцы, имевшие перевес в силах, не смогли добиться существенного успеха и покинули место боя. Особо стоит отметить в этом бою действия крейсера "Новик", который отвлек внимание противника от броненосцев, сближаясь с неприятелем на расстояние 15 кабельтовых. Русские корабли, принимавшие участие в бое (5 броненосцев и 5 крейсеров) провели ночь на внешнем рейде, а днем 28 января вошли на внутренний рейд Порт-Артура, при этом броненосец "Полтава" получил небольшое повреждение от столкновения с "Севастополем". В ходе боя получили повреждения броненосцы "Победа", "Полтава", "Петропавловск" и крейсера "Аскольд" "Баян" и "Новик". Погиб 21 нижний чин, а 4 офицера и еще 97 нижних чинов были ранены. У японцев погибло 10 человек и 67 ранено, получили повреждения броненосцы "Микаса", "Фудзи", "Сикисима", "Хацусе" и крейсер "Ивате".
Иначе все происходило в Чемульпо, где русским стационерам крейсеру "Варяг" и канонерской лодке "Кореец" противостояла эскадра контр-адмирала Уриу в составе 6 крейсеров и 8 миноносцев. Русским кораблям было предложено сдаться, но они предпочли вступить в неравный бой и попытались прорваться в Порт-Артур. Перед боем капитан Руднев обратился к экипажу: "Безусловно, мы идем на прорыв и вступим в бой с эскадрой, как бы она не была сильна. Никаких вопросов о сдаче не может быть - мы не сдадим ни кораблей, ни самих себя и будем сражаться до последней возможности и до последней капли крови. В ходе боя крейсер получил более 12 попаданий, был разбит дальномерный пост, уничтожена часть орудий, поврежден руль, начался пожар. Потери экипажа: 1 офицер и 33 нижних чина убиты, 3 офицера и 64 нижних чина ранены. Командир крейсера капитан I ранга В. Ф. Руднев был контужен.
Крейсер израсходовал 425 снарядов 152 мм, 470 снарядов 75 мм и 210 снарядов 47 мм. Русские корабли вернулись в Чемульпо и были уничтожены своими экипажами - "Варяг" затопили, а "Кореец" взорвали. Экипажи перешли на нейтральные корабли и вскоре бы ли доставлены в Россию, где их встречали с особыми почестями.
Порт-Артурская эскадра занималась исправлением повреждений и активных действий не предпринимала. Хотя японский флот оказался в тяжелом положении: русская эскадра не была уничтожена, а японские корабли находились на боевом дежурстве в 600 милях от своих баз, и их снабжение и ремонт оказались затруднены. Японцы решили срочно создать морскую базу в Корее, но и она не решала всех проблем. Русская эскадра не воспользовалась этой ситуацией. Было лишь организовано дежурство кораблей на внешнем рейде, изредка проводилась разведка. Эскадра начала постановку минных заграждений - вечером 27 января из Порт-Артура вышел минный заградитель "Енисей", направленный в бухту Талиенван. Ему удалось поставить 400 мин, перекрывших фарватеры к порту Дальний, но днем 29 января он подорвался на всплывшей мине и в течение 15 минут затонул. Погибло 4 офицера и 93 нижних чина, в том числе командир капитан II ранга В. А. Степанов, опытный минер, отказавшийся покинуть свой корабль. В Дальнем услышали взрывы и решили, что это действуют японские миноносцы. Об этом сообщили в Порт-Артур, откуда на разведку был выслан крейсер "Боярин" и 4 миноносца. Посланные корабли не имели карт минных заграждений. В результате "Боярин" подорвался на нашем же минном заграждении, при взрыве погибло 9 матросов. Командир не стал бороться за живучесть крейсера и приказал оставить корабль, который еще можно было спасти. "Боярин" затонул лишь в шторм 1 февраля. Эти две потери оказали удручающее влияние на боевой дух русских моряков, а эскадра лишилась одного из двух минных заградителей и крейсера-разведчика. В ночь на 29 января миноносец "Боевой" столкнулся со "Стерегущим" и его пришлось ремонтировать с помощью кессона. 7 февраля столкнулись "Расторопный" и "Скорый". В ночь на 1 февраля "Ретвизан" атаковали японские истребители, но безрезультатно.
Бездействие русской эскадры позволило японцам провести операцию по закупорке фарватера брандерами в ночь на 11 февраля. Для этого были подготовлены пять пароходов, снабженных специальными приспособлениями для взрыва и скорейшего затопления. Каждый брандер был укомплектован минимальным количеством людей - командир, механик и 10 - 15 человек экипажа. Во время первой операции командирам брандеров было приказано не только перекрыть фарватер, но и атаковать сидящий на мели броненосец "Ретвизан". Первую операцию обеспечивало 16 миноносцев, которые подобрали экипажи всех пяти брандеров. Главные силы японского флота находились в районе операции на случай выхода русской эскадры.
В 2.40 с "Ретвизана" заметили корабли противника, и по ним был открыт огонь, поддержанный береговыми батареями. В результате один брандер выбросился на камни у горы Белый Волк, один затонул на рейде, а трем оставшимся так и не удалось загородить фарватер. Один из брандеров горел в течение суток.
Утром 13 февраля перед Порт-Артуром появились главные силы японцев, с которыми вступили в перестрелку береговые батареи и находившиеся на внешнем рейде крейсера "Баян", "Аскольд" и "Новик". В это время с разведки возвращались русские миноносцы. "Бесстрашный" прорвался в Порт-Артур, а "Внушительный" сел на камни в Голубиной бухте, его экипаж сошел на берег, а корабль был расстрелян японскими крейсерами. Русская эскадра, не предпринимая активных действий, продолжала нести потери. Эта ситуация вынудила сменить вице-адмирала О. В. Старка на посту командующего эскадрой.
