廣乙艦的撤退讓濟遠艦的處境變得更加凶險，艦上屍橫纍纍，以至於艦炮都因之無法轉動。不得已，濟遠艦開始向中國方向敗退。吉野艦和浪速艦隨即開始追擊。8時53分，航速遠遜於對方的濟遠艦眼見敵人越追越近，升起了一面白旗，隨後又在桅桿上懸掛了一面日本海軍旗，但並未停船，甚至沒有停止射擊。而這，也正是之前讓高昇號感到莫名其妙的那一幕。
此時，日艦距離濟遠艦僅有不足3000米，浪速艦通過旗語發出信號：「立即停輪，否則炮擊。」這一次，濟遠艦上的炮火果然停了下來，空蕩蕩的海面上一時間只剩下蒸汽機在「呼呼」地呻吟。浪速艦隨即向旗艦吉野艦報告：「敵艦已經降服，已發停輪信號，準備與它接近。」
也就在這個時候，浪速艦發現剛剛從它右舷駛過的高昇號上載有中國官兵，於是又掛出「立即停輪」的信號，並連放兩聲空炮，並將艦首對準高昇號。
作為商船的高昇號顯然無法應對眼前發生的一切，於是急急忙忙下碇停航。濟遠艦則乘機加速向西駛去。
此後，三艘日艦迅速作出分工，吉野艦繼續追擊濟遠艦，秋津洲艦負責追擊操江號，浪速艦回航監視高昇號。
中午時分，吉野艦追近了濟遠艦，雙方繼續展開炮戰，結果濟遠艦成功地擊傷了吉野艦，迫使吉野艦不得不放棄追逐。濟遠艦由此得以在第二天凌晨時分平安返回威海。
幾乎就在同一時間，船速僅9節的操江號被秋津洲艦追上，艦長王永發在焚燬所帶重要文書和密電本後懸白旗和日本國旗以示投降，船上83人連同20萬兩白銀的軍餉全部落入日本人之手。事後，日本方面在其官方戰史《日清戰爭實記》中對操江號「竟軟弱地揮白旗表示投降」感到十分驚訝。
後來，經過短暫休整的濟遠艦隨北洋水師主力參加了9月17日發生在黃海大東溝的那場著名海戰，時年42歲的方伯謙因「臨陣退縮」在戰後被處斬，行刑前沒有經過任何審判。方伯謙的死從此成了史學界一個長久不息的爭論話題。翌年2月17日，日本聯合艦隊正式佔領威海衛港，困守威海港的濟遠艦連同鎮遠、平遠等10艘軍艦成為了日本人的俘虜，被編入日本艦隊。1904年11月30日，濟遠艦在日俄戰爭中觸雷，沉沒於旅順新港西北大約2海里處。操江號則被日軍改為訓練用艦，退役後又長期在神戶港擔任檢疫船。令人感到不解的是，國內對日本人如此珍視這條船齡超過20年的木製軍艦竟一致抱以嘲笑，以至於在二戰結束後的追索中全然忘記了它的存在。操江號一直到工作到1965年才被拆解，成為北洋艦隊中「壽命」最長的艦船之一。
與它們相比，高昇號的遭遇顯然要不幸的多。
碧海屠殺
就在三艘日艦分頭行動的時候，高昇號掛出旗語，小心地詢問：「我是否可以前進？」
浪速艦隨即回答：「停航，否則後果自負。」雖然事後日本外交機構給出的解釋是，這條旗語其實是發給逃跑中的濟遠艦的，而非針對高昇號，但高昇號還是放棄了逃離。也許，高昇號是過於迷信自己桅桿上的那面米字旗了。
隨後，浪速艦駛到距離高昇號約400米的地方停了下來，並用右舷炮對準了高昇號。漢納根後來回憶說，日本艦隊顯然在「看到一隻顯系懸掛英國旗的中國運輸艦後，不知怎麼辦才好」。
十時左右，浪速艦艦長東鄉平八郎派海軍大尉人見善五郎乘汽艇登上高昇號，在檢查了商船執照後當即要求將高昇號帶回日本長畸接受審查。高昇號英籍船長高惠悌提出抗議，但表示服從。人見隨即返回浪速艦向東鄉報告。
此時，高昇號上的中國士兵已經得知了英國人與日本人交涉的結果，他們群情激憤，並且開始分發彈藥，表示絕不屈從於日本艦隊的大炮，更不願在到達戰場之前就成為敵人的俘虜，船上的中國軍官甚至提出要跟日本軍艦開戰。但高惠悌認為高昇號僅僅是一條商船，日本人只需要一顆炮彈就能使船沉沒。
漢納根在這場爭論中臨時擔任翻譯。據他事後回憶說，雙方的爭論極為激烈，中國軍官最後認可了高惠悌關於「日本人可以輕易摧毀高昇號」的判斷，但認為高昇號應該退回大沽，而不是隨日艦去長崎。雙方爭執不下，中國軍官命令士兵們把高惠悌連同船員一同看押了起來。於是高惠悌只能懸掛旗號，要求日艦重新派人前來談判。
很快，人見善五郎再次乘汽艇靠近高昇號，但此時，高昇號的甲板上擠滿了情緒激昂的中國士兵，甚至佔據了登船用的跳板，以至於日本小艇幾乎無法靠攏高昇號。
終於登上了高昇號人見驚異地發現，短短幾個小時的時間裡，他的談判對像已經變成了中國軍官，高惠悌只是這次談判裡一個可有可無的配角。高惠悌再次向人見轉達了清軍拒絕作俘虜的要求，請求日本人准許他駕駛自己的商船返回大沽港。高惠悌說：「考慮到我們出發尚在和平時期，即使已宣戰，這也是個公平合理的請求。」
人見表示自己必須請示艦長，隨即離開。此時，已是中午12時30分。中日英三方聾子般的對話至此持續了整整三個小時。
清軍的要求顯然沒有得到東鄉平八郎的同意。很快，浪速艦掛出信號，要求歐洲人立刻離船。但這時船上的救生艇已經被清軍控制，高惠悌本人甚至被一位清軍軍官用手槍頂著了腦袋。無奈之下的高惠悌只能再次向日艦請示：「不准我們棄船，請派小艇來。」
日艦答覆：「不能再派小艇。」
恰在此時，遠處海天交際出又出現了幾縷煙柱，顯然有一支龐大的艦隊正在向這裡駛來。雖然事後得知，這是趕來增援的日本艦隊，但由於距離遙遠，敵我難辨，東鄉決定快刀斬亂麻。
13時整，浪速艦在船頭升起了一面代表攻擊的紅旗，並前行至距離高昇號僅150米的地方，隨即向高昇號發射了一枚魚雷。由於這是一枚事先裝填的用於警告的魚雷，所以魚雷並未命中高昇號。但就在這枚魚雷劃著白色的軌跡掠過高昇號的時候，浪速艦右舷的五門速射炮突然同時轟鳴。
若干年後成為日本「軍神」的東鄉在日記裡回憶，這是兩次齊射。炮彈擊中了高昇號的鍋爐，從而引發了更為劇烈的爆炸。高惠悌幸運地搶到了最後一個救生圈，從船另一側跳入了海中。當他重新浮出水面的時候，他看到天空一片漆黑，濃煙裹攜著煤屑瀰漫在空中，把白晝變為了黑夜。
同一天上午離開牙山返航的飛鯨號目睹了高昇號沉沒的慘狀：「當沉時各系船頭先沉，船尾向上，該船忽翻轉四十五度，即全沉下，桅桿復直立出水四十英尺。時潮水甚小，至一點半鍾即全不見。」
高昇號的沉沒並不意味著殺戮的結束。日本人開始向漂浮在水面上的倖存者開槍。一時間，機關鎗聲、咒罵聲、傷者垂死的呻吟聲和著高昇號仍在隆隆作響的螺旋槳的聲音，響徹大海。清軍士兵頑強地向日本人開槍還擊，但是這樣的還擊顯然只持續了很短的時間。僅僅半個小時後，高昇號就從水面上徹底消失了。
浪速艦救起了高惠悌、大副田潑林以及舵手伊萬傑利斯特三位歐籍船員，但對其他仍在水面上掙扎的中國人則視而不見。在完成了第一輪對清軍拒降的報復性屠殺之後，日本人把這群倖存者留給了大海。事後，途經的法國利安門艦救起了45人，英國播布斯艦救起87人，漢納根連同其他111人游至附近的豐島，被德國伊力達斯艦救回。其餘700餘名官兵全部葬身魚腹。
強權角力
7月26日凌晨時分，傷痕纍纍的濟遠艦帶回了高昇號沉沒的消息。消息隨即在清朝廣袤的國土上擴散開來，如同攤在水中的一汪血暈。
古老的帝國憤怒了。
同時憤怒的還有大洋彼岸的英國。
向來自我感覺良好的英國在遭受了這一突如其來的打擊後，以罕見的高效率向日本政府提出嚴正交涉，倫敦媒體也紛紛對日本軍隊的暴行給予強烈譴責，並要求政府對這種侮辱和蔑視英國國旗的行為進行報復。就連英國遠東艦隊也就此憤怒地向日本聯合艦隊進行了質問，並電告倫敦，或者要求日本逮捕肇事者，或者授權進行軍事報復。
日本方面則被自己海軍的魯莽完全驚呆了。日本首相伊籐博文面對海軍大臣西鄉從道暴跳如雷，認為浪速艦擊沉高昇號的行為將把自己的國家陷入極為被動的局面。而西鄉也坦言浪速艦事先並未接到擊沉高昇號的命令。
伊籐的擔憂不無道理。作為一個尚未完全擺脫半殖民地風險的陳舊島國，日本對整個世界——尤其是作為當時的世界第一強國的英國——打量自己的目光是極為在意的。就在高昇號事件爆發前9天，日本和英國在經過50餘次正式和非正式的磋商之後，最終簽訂了《日英通商航海條約》。這是日本歷史上同西方列強簽訂的第一個比較平等的條件，英國人在條約裡完全廢除了包括治外法權在內的一系列不平等條約。英國外交大臣金伯利勳爵在簽約後對日本駐英公使青木周藏說：「這個條約的性質，對日本來說，比打敗中國的大軍還遠為有利。」精明的日本人敏銳地從中意識到，英國人是想通過修約來換取日本對俄國在遠東地區的牽制。
此前，由於俄國開始在西伯利亞修建鐵路，英國擔心這不僅影響到了自己長久以來一直壟斷的歐洲至遠東的海上交通線，甚至可能導致俄國把觸角伸向中國東北。由此英國認為必須在遠東找到一支替自己堵住俄國南下的力量。在一個正在興新的日本和一個日趨沒落的中國之間，英國投資性地選擇了前者。
在摸清了英國的底牌之後，日本對戰爭的到來簡直有些迫不及待了。青木在發給外務省的報告中甚至連用兩個「深為歎息」來表達對遲遲不能開戰的遺憾之情。但突如其來的高昇號事件徹底打亂了日本的如意算盤。考驗日本日本外交能力的時刻到了。
相比於對高昇號沉沒前因後果的描述的千差萬別，各類史料記敘中日雙方得知消息後的表現時並無明顯差異。那就是中國方面擺出一幅「不做虧心事，不怕鬼敲門」的態度，坦然等待國際法主持公道，而日本方面則開始了更為積極的籌劃和斡旋。
首先，日本對獲救的三位高昇號歐籍船員進行了詳細且極具針對性的調查，同時開始對外散佈消息，稱豐島海戰系由濟遠艦率先開火而引起。對於群情激憤的世界輿論，日本則採用金錢開道的方式「引導」歐洲媒體替自己講話。
8月10日，在歷經半個月之久後，日本終於完成了關於高昇號事件的長篇調查報告。日本人在報告中使用篇幅巨大的事件當事人的證詞，試圖證明高昇號在航行過程中一直由中國軍艦（操江號）護航，並且已經被船上的清軍實際控制，從而喪失了中立地位，成為事實上的參戰一方。報告進而聲稱，浪速艦在實施攻擊之前更是對高昇號「仁至義盡」，攻擊實屬無奈。報告還特別指出，怡和公司與清朝政府簽訂的租船合同中存在一個特別條款，一旦開戰，該船即交清政府。報告引用高惠悌的話說：「我知道船舶租用合同約定，在中國與日本之間開戰以後，應把高昇號交給中國政府，歐洲籍船員離船。」
對於三位獲救的歐籍船員，日本給予了特殊優待。從他們逃離海水登上日本軍艦開始，他們就受到了極為周到的關照。在佐世保港登陸後，他們的房間就被啤酒、香煙、鮮花，以及不斷的面帶微笑的來訪者所塞滿。當他們獲准離開的時候，日本人甚至特意為他們贈送了路費。作為回報，三位歐籍船員給日本方面寫了一封簡短的感謝信，這封信隨即被日本政府廣為散發。
顯然，日本人正在努力向世界展現一個「文明」的日本，以便挽回高昇號事件後西方對日本野蠻、滅絕人性的指責。
日本的努力很快收到了回報。8月7日，英國駐長崎領事館專門為高昇號事件舉行了海事審判法庭，宣佈高惠悌等船員在高昇號事件中沒有任何責任。消息傳來，日本當局欣喜若狂。在重重壓力之下，他們終於看到了一線曙光。
此時，大海對岸的清朝政府卻還在坐等世界上那些把持公正與正義的人們挺身而出，為自己奔走呼號，乃至聯兵對日。