根據福特原先的計劃，打算4000的距離上充分利用8寸艦炮的射程優勢，但由於情報上的失誤，這種優勢實際上從來沒有出現過，中艦的11英吋主炮射程更高，不但先發制人，而且光線也有利。他們淺灰色的艦影在深色海平面和薄霧中若隱若現，輕微的西風將美國軍艦吹出的煙也飄向兩軍中間，更加模糊了美軍炮手的視線。火力的分派也發生錯誤。美國本來就少一條裝甲巡洋艦，但是這並不能成為漏掉吉林號的理由。吉林號的中國炮手冷靜下來，開始像炮術演習一樣瞄準射擊。
測距儀將美國戰艦放大10倍，中國人一向強調的射速和:發揮效果，美國艦列被100高的水柱包圍了。3點51分，猶他號和弗洛裡達號剛射擊過幾輪後，就分別被擊中兩次，後者的8寸主炮炮塔暫時失去戰鬥力（其中一門炮在10分鐘後重新投入戰鬥）。紐約號更被擊中四次之多，352，瀋陽的兩發280米炮彈擊中她的艦橋，損害不大，不過很快下一輪炮彈到了，紐約號部和+=|失去作戰能力（每次發射每座炮塔的一側火炮，下一輪再使用另一側火炮，因此4炮塔的吉林而言，一輪齊射是4發炮彈）。
354，距離降低到2900碼，中國戰艦152米副炮也開火了。美軍的槍炮官還沒有意識到火力分配地錯誤，繼續射擊瀋陽號。3一發10美寸炮彈穿擊中瀋陽的艦橋下方。穿過一個煤艙後爆炸，使一些艙室受損。兩分鐘後，第二發炮彈落在2炮塔上，穿過300毫米地裝防護後在內部爆炸，引燃4發射藥，這座炮塔失去了作戰能力。
357分，福特下令向右舷轉過兩點以拉開距離。與此同時溫定玉也下令向左轉過一點以擾亂對方測距。4，石家莊第一次中彈，艦橋前部中彈，沒引起重大損傷。這並未影響雙方不斷升溫的激戰，中國戰艦每隔20秒鐘就向對方射出一輪炮彈，美國裝甲巡洋艦奮力前的海面就像彈幕布成的森林。
在紐約號的艦橋上，福特發現石家莊號的炮火越來越準確：「他們第一發炮彈從我們頭上飛了過去，不過以4鍾內我們被擊中2。時我們正全速前進，巨大的風聲、機器地轟鳴和我們自己的炮聲，以至爆炸聲都被掩蓋過去。艦體四周到處是沖天的水柱，高過煙。然後就劈頭蓋臉的潑到身上。偶爾眼前亮光一閃有東西過去，那是四散亂飛的彈片。」他沒有意識到中國的主炮普遍採用集中的射擊指揮儀，在齊射時命中概率更高，美國還停留在再簡單的人工測距。
這時致命的打擊來了。一發穿甲彈刺透懷俄明號炮塔外壁地裝甲板，在內部爆炸，半個頂蓋被掀到空中，然後重重的砸在甲板上。炮室和裝填室中的火藥被引燃40名官兵幾乎在瞬間被殺死，戰:舷轉過180，為敝開的炮塔吹入更多空氣。白熾地火舌四處蔓延，。幾分鐘後懷俄明在殉爆聲中沉入大海。
甲板上一片歡呼，不到十分鐘就擊沉了敵人一艘主力艦，這意味著更大的優勢，果然本來就處於劣勢的美國人的火力繼續萎縮下去，這給了輕巡艦隊更多地發揮餘地。
403，更大的災難發生了，近萬噸的佛羅里達號被擊中，根據無畏8的報告：
「她的後部中彈，大約集中在主桅和後部炮塔的周圍，上層建築後部冒出大量黑煙，沒有觀察到火焰，我們以為是交通艇在燃燒。這時我們已經向左轉舵，她沒有繼續射擊，也許是轉向裝置發生故障，兩艦的距離逐漸拉大，直到距離我艦右舷2500時，她再次被我艦命中，一發在艦橋，一發在炮座，炮彈爆炸了，然後一切安靜下來，大約有鐘。既沒有煙也不見火，然後從前往後發生了驚天動地地爆炸。稠密的黑煙和爆炸的閃光把戰艦完全淹沒，各種東西都被炸到高空，一條50美尺蒸汽推動的哨艇肚皮朝天，足足被炸到200尺高。」
此刻甲板上歡聲雷動，他們擊沉了佛羅里達！當消息傳到溫定玉那裡時，他用懷疑的眼光透過望遠鏡搜索著海面，來來回回數了幾遍，果然對方只有2船了。他讚許的點點頭，沒說什麼，點燃一支新的雪茄，現在雙方的實力開始了完全的不對等。
戰鬥還在如火如荼，不少參加者並未意識到佛羅里達已經被擊沉。
她最近的猶他號裝甲艦也只有部分人注意到，幕僚向說：佛羅里達……被擊中。於是猶他將炮口轉向中國艦列最末的吉林號。
這時紐約號再次被擊中，猶他也著火了，福特決定釋放煙霧爭取一點轉向的時間。就在他向其他軍艦發佈旗語前，石家莊的一發炮彈準確的集中了主桅，福特無法通過旗語指揮。404，無畏十二號在到600的距離上向猶他發射出4發魚雷魚雷軌跡，另一發從猶他的艦底擦過。
不知為什麼美國的瞭望哨認為那是來自未交戰的右舷，同時聲稱發現潛望鏡！這條子虛烏有的情報讓福特覺得自己正成為潛艇的目標。幾分鐘後，兩支艦隊的距離逐漸拉開，炮手發現炮彈總是過早落下，他們先是瞄準對方水線，接著是瞄準炮塔上部，最後乾脆瞄準桅桿，雙方都無意在胡亂對射中浪費炮彈，密集的炮聲不久即告平息，水手們急著修補，滅火，為下一輪較量做準備。
此時，卡耐爾才來到戰場，不過當他瞭解到戰況的時候，終於無法控制心中的怒火，短短半小時內，美軍損失了最精銳的兩艘軍艦，而生下來的兩艘看起來也是十分破舊，彷彿被幾十個壯漢蹂躪過一樣。
而溫定玉則從容的多，打到現在艦隊實際上還沒有傷筋動骨，只是幾門主炮出了一些問題，副炮損失了一部分，他有信心在接下來的一個小時內全殲美國這支分艦隊，如果他們不跑得話。
美國的軍艦比中國的還要新，而且噸位也大，速度也快，但是為什麼會出現這樣的結果呢，實際上這是兩個國家不同的思路造成的。
英德兩國不同的設計哲學。美國建造的艦隻強調的是速度和火力，而犧牲的是裝甲防護力。中國軍艦則在降低航速和武備的基礎上強調更好的防護力。
一）測距儀
美國方面使用的測距儀較中國海軍使用的立體感較差。而且它的光距（六英尺）較中國人的為小，這使得美國方面在測定中國艦隻的位置時遇到了困難。相反，中國艦隊使用的測距儀可以更快地測定對方的位置，並且也很容易修訂誤差。在舊金山海戰中，由於天氣和煙塵等原因，中國方面的測距儀更好的發揮了作用。但是美國方面的測距儀一旦鎖定了目標，就能比中國測距儀更好的跟蹤目標。
在海戰中，巡撫級戰艦上裝備的新型測距儀（光距十英尺）給美國人留下了深刻的印象，而且它們能和指揮儀結合使用。這種新型測距儀的性能遠遠超過美國人。
同樣，中國人在射擊時採用的標尺系統也優於美國方面。在舊金山海戰後，美國海軍也採用了與中國方面類似的系統。
二）彈藥儲藏室
這本來是中美兩國軍艦設計上都存在的失誤，但是中國人根據經驗對彈藥庫進行了改造。在甲午海戰中，中方的致遠號巡洋艦炮塔被擊穿，結果大火很快就蔓延到彈藥庫，最後通過對彈藥庫進行注水才得以保全軍艦。
在大戰爆發前的時間裡，造船工程師們一般通過加強彈藥庫隔壁的強度來防止火焰蔓延到彈藥庫。但是中國人在甲午海戰後，注意到了彈藥儲藏室和彈藥輸送機也能導致彈藥庫火災。他們立即對這兩個部分進行了封閉改裝，而美國海軍卻沒有注意到這個問題。結果在舊金山海戰中美國海軍的裝甲巡洋艦象爆竹一樣炸裂。
三）火藥
美國方面使用的火藥也存在著問題。為了防止爆炸和降低失火危險，美國方面使用凡士林作為穩定劑。但是。舊金山海戰中卻發現凡士林反而加劇了火藥的活性，使得其更易燃易爆。同樣雙方運送發射藥包使用的容器也有區別。中國人對發射藥用金屬容器封閉運送，而美國人則僅僅用蠶絲口袋包裹，同時美國火藥儲藏的時間也較長。而且美國海軍在運送彈藥時不關閉彈藥艙門，這也是一個致命的失誤。
四）穿甲彈
在海戰中美國海軍使用的穿甲彈遇到中艦裝甲即炸，無法穿透其堅固的外表。而中國人的炮彈卻輕易的將美艦裝甲撕開。
五）射擊精度
這個問題表現的十分明顯，在同等條件下，美艦必然先中彈，而且通常都是中了幾彈之後才能擊中中艦，這樣的命中率，自然沒辦法去得太好的成績。