Чрезвычайно ожесточенный, кровопролитный бой продолжался три часа.
«Варяг» потопил один японский миноносец и нанес серьезные повреждения крейсерам «Такашихо» и «Асама».
Но и русские корабли сильно пострадали от вражеских снарядов. Большинство орудий на «Варяге» вышло из строя, половина орудийной прислуги была перебита, паровые котлы получили повреждения, рулевое отделение было испорчено, корабль имел пять подводных пробоин. Но андреевские флаги по-прежнему гордо развевались на «Варяге» и «Корейце».
Исчерпав все средства борьбы и не ожидая ниоткуда помощи, Руднев решил уничтожить оба корабля на глазах японской эскадры и иностранных наблюдателей, с огромным интересом следивших за неравной борьбой.
На русских кораблях был поднят сигнал: «Терплю бедствие», обязывавший иностранные корабли принять на борт всех оставшихся в живых русских матросов, после чего крейсер «Варяг» был затоплен169, а канонерская лодка «Кореец» взорвана.
О масштабах и ожесточенности морского боя под Чемульпо можно судить по такому факту: только с русских кораблей, на которых было в шесть раз меньше артиллерийских орудий, чем на японских, было выпушено 1105 снарядов. Каковы были потери в личном составе у японцев, точно неизвестно. Русские потеряли убитыми 34 человека, 188 человек были ранены.
Печать всего мира отдала должное героизму русских моряков, в иллюстрированных журналах были напечатаны портреты героев «Варяга», изображались различные моменты боя. Действия же командира американской лодки «Виксбург» капитана 2 ранга Маршалла были всеми осуждены.
О морском бое в Чемульпо и гибели русских кораблей Макаров узнал в Москве, куда он прибыл, направляясь на Дальний Восток в качестве командующего Тихоокеанским флотом. Он был возмущен поведением командиров иностранных кораблей и удручен исходом боя. По мнению Макарова, объявленный Кореей нейтралитет не мог быть сколько-нибудь реальным политическим актом. Слабая, не имевшая флота Корея не могла заставить японцев уважать свои права, и иностранные корабли, находившиеся на рейде в Чемульпо, не должны были допустить разгрома русских кораблей японцами в нейтральных водах Чемульпо.
После гибели «Варяга» и «Корейца» японцы стали беспрепятственно высаживать свои войска в Корее и считали свои замыслы близкими к осуществлению. Однако результаты атаки, предпринятой японцами в ночь на 27 января, оказались гораздо меньшими, чем ожидало японское командование. Сопротивление русской эскадры не было сломлено, и когда утром 9 февраля японский флот приблизился к Порт-Артуру, огонь артиллерии русских кораблей и береговых батарей заставил его поспешно отойти.
Правда, русские не могли еще предпринимать активных наступательных действий в море, и японский адмирал Того с основными силами флота все чаще подходил к Порт-Артуру для обстрела города и русских кораблей. Одновременно японская эскадра под командованием вице-адмирала Камимуры развернула действия против Владивостокского отряда крейсеров, которые причиняли Японии серьезное беспокойство на ее морских коммуникациях. Усилия Камимуры успеха не имели. Быстроходные и высокоманевренные русские крейсера были неуязвимы. К этому же времени относится неудачная попытка японского командования закупорить вход в Порт-артурскую гавань с помощью брандеров170.