4月11日下午五点，联合舰队再次从仁川港出发，执行秋山真之制定的在第三次闭塞作战之前，诱敌计划。
4月12日夜间10点，联合舰队首先派出第4驱逐舰队带两艘布雷舰在旅顺港外布施*。4月13日凌晨4点，日本舰队布下了44颗*，但在撤退的时候，被俄国的巡逻舰队发现，双方在旅顺港外展开了战斗。
在激战中俄舰斯特拉希涅号被日舰的鱼舰击中沉没，太平洋舰队的巡洋舰巴扬号、狄安娜号又出港接应，遭遇联合舰队第3战队的4防护巡洋舰、第2战队的2艘装甲巡洋舰，双方开始相互炮击，紧接着巡洋舰阿斯科利德号、诺维克号又出港增援。
4月13日早上7点15分，马卡洛夫坐镇旗舰彼得巴甫洛夫斯克号，战列舰波尔塔瓦号、胜利号出港迎战日舰，而看到俄军的战列舰出动，深知不是对手的日本巡洋舰很快掉头逃逸，马卡洛夫下令追击，但俄舰队追了没多远，发现远远的海面上又出现了日本第1战队的6艘战列舰，马卡洛夫明白日本是打算将自己诱出岸炮的射程再交战，而马卡洛夫也想将联合舰队诱入岸炮射程，于是下令舰队返航。
不过在联合舰队旗舰三笠号上，东乡平八郎、秋山真之发现彼得罗巴甫洛夫斯克号的航向正是敷设的*阵方位，因此东乡平八郎下令舰队停止前进，观望俄舰。
上午9点45分，在老虎尾灯塔东方约2海里处，彼得罗巴甫洛夫斯克号撞上了*，舰首首先触雷，随着巨大的爆炸声，舰首升起了一大团黑烟，而爆炸又引爆了吃水线下的*仓库，接着引爆了舰首12英寸炮弹库，最后气缸爆炸，甲板上几乎所有的东西都飞上了天，前主炮甚至飞到了数百米的高空。等浓烟退去之后，彼得罗巴甫洛夫斯克号己有大半沉入水中，只有舰尾还翘在水上，螺旋桨兀自在旋转着，两分钟后，整艘军舰完全沉入海中。
虽然这时日本舰队只是远远的看见一团黑烟升起，随后烟火渐消，俄国舰队的首舰己不见了，各舰顿时爆发出欢呼声，就连东乡平八郎也露出了一丝笑容，不管怎么说，算是击沉了一艘敌方的战列舰，这可是开战以来联合舰队最大的战果。于是下令舰队转航回去。
而彼得罗巴甫洛夫斯克号沉没以后，俄国其他各舰上都紧急放下救生艇，去抢救幸存者，彼得罗巴甫洛夫斯克号上共有773人，包括舰长亚麻列夫上校在内，总共只有129人被救起，但其中并没有马卡洛夫，只是找到了马卡洛夫的一件外套。
但俄国的霉运还没有结束，10点10分，胜利号又触雷了，右舷舰首附近被炸开了一个口子，好在是引擎和舵机并未受损，因此还能保持行动。而其他的俄舰也都成了惊弓之鸟，赶忙都逃回到内港里躲起来。
日本是在当天下午5点的时候得到了确切的消息，知道马卡洛夫中将阵亡，而整个联合舰队上下都欣喜若狂，尽管马卡洛夫只上任了36天，但给太平洋舰队带来了耳目一新的改观，也给联合舰队带来了巨大的压力，现在马卡洛夫竟然这样阵亡了，不少人都认为日本是得到了上天的庇佑。第二天立刻以海军大胜，击沉敌旗舰的报导公布于众。
而马卡洛夫的阵亡，也让日本海陆军的压力大减，一致认为在这个时候还不需要华东政府的军事力量，不过这个时候海陆军的首脑也还都保持着清醒的头脑，知道这个胜利实在是太偶然了，并不表示日本就己经胜券在握，马卡洛夫的阵亡对俄国的影响到底有多大还不得而知，因此现在还不能完全拒绝华东政府的军事帮助。
于是在接下来的协商中，日本也有意采取强硬的态度，拒绝在合作方案上让步，使得协商进入了僵局，而小村寿太郎顺势提议，这一次协商不如就到这一步，双方可以回去以后慢慢的考虑各自的方案，而且华东政府也不妨加强准备，预计在6月份时再进行下一轮的协商，因为到了6月份，华东政府的登陆作战也应该差不多准备好了，这个时候再协商，也更好一些。
华东政府的代表团也接受了小村寿太郎的提议，于5月15日返回青岛，当然日本的礼数还是相当周到的，举行了隆重的欢送仪式，并且还派两艘军舰随行一直护送出50多公里。