По случайному стечению обстоятельств С.О. Макаров в ночь на 31 марта также планировал наступательную операцию: ночной поиск соединённых отрядов эскадренных миноносцев к островам Эллиот, где, по агентурным сведениям, собирались японские десантные силы. Восемь эскадренных миноносцев вели капитан 2-го ранга Е.П. Елисеев («Боевой»), замещавший раненого начальника 1 отряда, и начальник 2 отряда капитан 2-го ранга М.В. Бубнов, державший брейд-вымпел на «Сторожевом». Прикрывать возвращение миноносцев утром 31 марта был назначен крейсер «Баян», который нельзя было перепутать с японскими крейсерами (он имел 4 дымовых трубы).
Японскому отряду капитана 2-го ранга К. Ода удалось успешно выполнить задачу — поставить мины на внешнем рейде всего в двух милях от Золотой горы, напротив входа на внутренний рейд Порт-Артура. Японские корабли были замечены с дежурного крейсера «Диана», но ночевавший на нём С.О. Макаров запретил открывать огонь, опасаясь повредить свои эскадренные миноносцы. Е.П. Елисеев и его командиры также справились с поручением: они осмотрели архипелаг Эллиот, и не обнаружив там объектов для атаки, повернули обратно. Но миноносцы 2-го отряда, не имевшие опыта совместного плавания, ночью разлучились с основными силами и действовали самостоятельно.
Один из них, «Страшный», на обратном пути догнал шедшие к Порт-Артуру 4-трубные японские истребители отряда И. Исида — «Икадзути», «Оборо», «Инадзума» и «Акебоно» — и принял их за своих. Когда на рассвете «Страшный» показал опознавательные, на него внезапно обрушился шквал огня. В первые же минуты боя погиб командир эскадренного миноносца капитан 2-го ранга К.К. Юрасовский. Неравную борьбу героического экипажа возглавил лейтенант Е.А. Малеев, который до последней возможности отстреливался из многоствольной пушки Норденфельдта, снятой ранее с японского брандера. Вскоре в минном аппарате «Страшного» от попавшего снаряда взорвалась приготовленная к выстрелу мина Уайтхеда, разметав по искалеченной верхней палубе убитых и раненых, миноносец начал тонуть. Японский отряд, использовав преимущество внезапности и подавляющее превосходство в силах, потерял всего 5 человек ранеными.
Эскадренный миноносец «Смелый» лейтенанта М.К. Бахирева вслед за «Страшным» тоже едва не попал в японскую ловушку, но смог оторваться от противника и доложил обстановку командующему флотом. На выручку «Страшному» полным ходом направился крейсер «Баян», отогнавший японские истребители. При этом «Баян» вступил в бой с приближавшимися к Порт-Артуру броненосными крейсерами 2-й японской эскадры. Умело маневрируя под огнём противника, командир «Баяна» капитан 1-го ранга Р.Н. Вирен смог поднять из воды 5 матросов из экипажа затонувшего «Страшного», вместе с которым погибли все четыре офицера и 47 нижних чинов.
«Баян» повернул к Порт-Артуру, откуда навстречу японцам на «Петропавловске» вышел командующий флотом. С присоединением «Полтавы», «Баяна», «Аскольда» и «Новика», не дожидаясь выхода остальных броненосцев, С.О. Макаров атаковал японские крейсера. Вскоре «Петропавловск» открыл огонь из 12" орудий. Японцы отступили, но в 25 милях от Порт-Артура с мостика «Петропавловска» обнаружили главные силы Соединённого флота: 6 броненосцев и 2 новых броненосных крейсера («Ниссин» и «Касуга»). Ввиду превосходства противника С.О. Макаров решил вернуться на внешний рейд, где в кильватер «Полтаве» вступили «Пересвет» и «Победа». «Севастополь» находился ещё на выходе из бассейна, когда русский флагманский корабль начал обычный маневр — «восьмёрку»: адмирал Макаров собирался принять бой под прикрытием береговых батарей. Однако X. Того по-прежнему избегал риска малейших потерь и держался на дистанции более 100 кб.
В 9 час. 39 мин. «Петропавловск» подорвался на японской мине (или на нескольких минах, связанных цепью), взрыв которой вызвал детонацию боевых зарядных отделений мин Уайтхеда, якорных мин в носовом минном погребе и боезапаса в крюйт-камере 12" зарядов. По воспоминаниям очевидца броненосец «сразу накренился и стал уходить носом в воду, над местом взрыва выкинуло громадное пламя и целую кучу дыма… Палуба мгновенно была объята пламенем. Трубы и мачты куда-то исчезли, корма выскочила из воды, винт левой машины заработал в воздухе, люди падали кучами, многие падали в винт, и их размалывало на наших глазах…».
11Через полторы-две минуты после первого взрыва «Петропавловск» скрылся под водой. Шлюпки с «Полтавы», «Аскольда», «Гайдамака» (минный крейсер) и эскадренных миноносцев спасли из воды 80 человек, в том числе командира броненосца капитана 1-го ранга Н.М. Яковлева, капитана 2-го ранга великого князя Кирилла Владимировича и 5 других офицеров.На «Петропавловске» погибли 650 человек, среди них были адмиралы С.О. Макаров и М.П. Молас, и такие выдающиеся офицеры флота, как М.П. Васильев, А.К. Мякишев, Н.А. Кроун и К.Ф. Шульц, а также ветеран многих войн и походов художник В.В. Верещагин, бывший на броненосце в качестве волонтёра (выпускник Морского корпуса 1860 г.).