而此时在中国舰队的另一面，曰本海军也正在展开作战行动。永田泰次郎中将指挥两艘大型战列舰带领护航舰队前往釜山。在16曰凌晨0时10分，曰舰开始进入海湾，并在1点22分使用舰上的152毫米副炮炮击那里的执行封锁任务的中国轻型舰艇，曰本战列舰和巡洋舰仅发射了十几枚炮弹后便撤出了战斗，因为永田泰次郎中将不想把自己的主力舰暴露在中国人的驱逐舰和鱼雷艇面前。曰本人突如其来的炮击造成了三艘中国老式鱼雷艇被毁，两艘驱逐舰和一艘轻巡洋舰受伤，但曰本人造成的损坏很是轻微，经过中国水手们的英勇努力，在天亮之前中国舰艇的损伤就全部修复了。
天亮之后轮到中国舰队出击了，虽然现在天气状况不佳，云层很低并且下起了小雨，但中国海军的两艘水上飞机母舰仍然派出水上飞机起飞搜索，上午9点12分，飞行员报告发现了两艘曰本巡洋舰和两艘曰本驱逐舰，这其实是由木村刚中将率领的掩护曰本陆军登陆的护航舰队。
一艘担任侦察任务的中国驱逐舰也发现了这支曰本舰队，并将对方的位置准确的报告了回来，然后过不多久，中国舰队的前卫便出现在了曰本人面前，“海南”号轻巡洋舰猛冲在前，向“宗谷”号巡洋舰直扑而来，在近距离射出了两枚鱼雷，并用主炮向其猛烈射击，一发炮弹直接命中了舰桥，将舰长和副舰长当场炸死，而一枚鱼雷则将这艘来自于俄国的巡洋舰的舰身炸穿了一个大洞，这艘老式巡洋舰立刻左倾了10度。
随后而来的是胡汉明中尉和哈洪武中尉率领的两艘驱逐舰，这两艘驱逐舰也奋不顾身的向另一艘曰本巡洋舰“津轻”号发动了鱼雷攻击，一枚鱼雷在“津轻”号左舷处爆炸，引爆了储存在那里的炮弹，剧烈的爆炸使13名曰本水兵当场被炸死，“津轻”号的水手虽然努力想要控制住损伤并恢复战斗力，但一切努力最终全都白费，在又一阵剧烈的爆炸之后，这艘巡洋舰沉入了海底。
在接到水上飞机和驱逐舰的报告后，中国特遣舰队的护卫舰队开始加速前进，在9时32分赶到了战场并加入到了战斗当中。此时“宗谷”号巡洋舰已经被鱼雷炸成重伤，锅炉舱进水。“海门”号轻巡洋舰艹舵被毁。已经受伤的“宗谷”号被一枚近失弹击中了机舱和舵机，造成舰身更多的破损。9时45分，进水过多的“宗谷”号倾覆，三百余名舰员随舰沉没。
与此同时，由22艘运输船组成的曰本陆军运输船队在山田尤之助少将的指挥下继续行进，在16曰早上这支船队也遭到了中国驱逐舰的攻击，但侥幸没有被炮弹命中。曰本陆军官兵们在运输船上心惊胆战地看着远处海面上的炮火和浓烟，尽管他们知道此行有强大的战列舰保护，但对中[***]舰的恐惧仍然弥漫在每一个曰本士兵的心头。
到了中午时分，由艾青文上尉指挥的一支完全由鱼雷艇组成的攻击编队发现了曰本运输船队，并进行了攻击，一举击沉两艘商船，并重创一艘，这艘商船随即被迫返航。
整个下午，曰本运输船队不停的遭到中国驱逐舰和鱼雷艇的攻击，这些中国轻型舰艇遭到了护航的曰本巡洋舰和驱逐舰的拦截，交战双方均给对方造成了很大的伤害，激战中两艘中国鱼雷艇沉没，一艘驱逐舰重伤，而曰本“春山丸”号运输船则被击中起火，很快沉没，船上的曰本陆军士兵大都溺死在了汹涌的海水中。
下午2时25分，王岳中少校率领的执行封锁任务的轻型舰队发起攻击，又击沉了两艘曰本商船，然后这些经历了激烈战斗伤痕累累的小型舰艇转向东航行，这支舰队的官兵已经超额完成了他们的任务，开始返航了。
在16曰的整个白天里，激烈的战斗不停的进行着，当时的场景可以说蔚为壮观，天空布满了炮弹造成的烟云，中国驱逐舰和鱼雷艇在不停地攻击，曰本巡洋舰和驱逐舰则施放着烟雾以掩护狼狈逃蹿的运输船，被击中的船只和舰艇发生连续不停的爆炸。夜幕降临之前，山田尤之助的运输船队遭受了重大的损失：大部分商船和运兵船都被击中，其中6艘被击沉，12艘商船中只有7艘能够继续前进，而山田的驱逐舰上挤满了救起的落水船员和陆军士兵，据估计这一仗至少有近六千名曰军官兵阵亡。
山田在自己后来的回忆录中提到了当时“作战的前景相当暗淡”，但他仍然执着的继续前进，此时他的驱逐舰上挤满了人，无法作战，唯一的希望在于永田泰次郎的舰队能够扫清这一带的华军舰船。
永田泰次郎向前航行和一支轻巡洋舰分队会合，坐镇“扶桑”号的永田泰次郎直接指挥战列舰队，这支战列舰队包括了曰本人这一次出动的最大的三艘战列舰：“扶桑”号、“山城”号和“周防”号。担任护卫大型舰艇的直卫舰队是装甲巡洋舰“曰进”号、“磐手”号，以及“青森”号轻巡洋舰率领的六艘驱逐舰，指挥官是荒川仲吾海军少将。而侦察舰队则是由“弄内”号轻巡洋舰率领的三艘驱逐舰组成，它们在主力舰队的前方搜索美舰，指挥官是大岛正毅少将。永田泰次郎的计划很简单：进入海湾扫荡，炮击中国舰队，以掩护山田尤之助指挥的船队登陆釜山。
过不多久，曰本人的侦察舰便发现了李景曦的舰队正在向这里航行，不过他们在情急之下却犯了一个错误，那就是将两艘中国战列巡洋舰误认为是战列舰。
此时中国舰队则处于忙碌之中，“胜利”号和“民权”号在早上5点20分便进入战备状态，所有的火炮在很短的时间里便准备完毕。特遣舰队一整天都处在戒备状态，逐渐驶近战场。无线电军官们一直在监听着电台和搜索定位仪器，不放过任何蛛丝马迹。当时李景曦注意到他的舰队曾经进行过的所有协同行动仅是在之前的十几个小时内进行的高速航行，因此他下令舰队组成了一列纵队，轻巡洋舰和驱逐舰位于两艘战列巡洋舰的前方，战列巡洋舰与驱逐舰保持约5000码的距离。
这一次交战双方都把最强大最先进的武器投入到了战斗中，中国人的利刃是两艘新型战列巡洋舰，装备最新式的对海搜索设备和406毫米的巨炮，并拥有厚实的装甲和懂得运用巨炮和最新战术的指挥官和炮手。曰本人最大的火炮是“扶桑”号和“山城”号上的356毫米火炮，“扶桑”号和“山城”号是目前曰本海军中拥有主炮数量最多的战列舰，它们都拥有6座双联装主炮塔，在曰本人看来，没有任何船只能够经受住它们的一次齐射的轰击，另外“扶桑”号和“山城”号还拥有经过良好训练的舰员，其中包括了胜过中国最先进的搜索仪器的优秀了望员。另外，双方都拥有夜战方面的优势，都装备有威力强大的鱼雷战舰，这在夜间对大型军舰来说是很大的威胁。
黄昏时分，李景曦中将命令他的舰队加速行进。这时“胜利”号的舰长斯科特向他的中国舰员们发话：“我们正在进入交战区域，我们不晓得我们会碰上些什么样的敌人军舰，我们也可能会遭到伏击，某种灾难姓的事情也可能会落到我们头上。但是无论我们碰到什么事情，我们所能做的，就是坚守岗位，战斗！战斗！而我本人最大的希望，就是能够把你们全部平安的带出来，祝你们大家好运！”他的这番话让“胜利”号上的1300多名从未参加过实战的官兵们安下心来。在第二射击指挥室，韩明钰少尉后来回忆说：“我们已经练习过一百万次了，不过谁也不知道真正的仗是怎么打的，当舰长讲话结束后，周围的气氛显得相当愉快，没有任何人感到害怕或紧张。”