Правительство надеялось решить спорные с японцами вопросы мирным путем, потому требовало у командования эскадрой не “бряцать оружием”. Жесткие требования экономии привели к тому, что в канун войны в строю находились только броненосец Полтава и крейсера Баян, Боярин и Новик. Остальные корабли эскадры находились в вооруженном резерве. 29 декабря 1903 года, доказательства неизбежности войны, вынудили адмирала Алексеева отдать приказ о начале компании. 20 января 1904 года адмирал Алексеев запросил разрешение царя на выдвижение эскадры к Чемульпо для противодействия возможным японским десантам с моря. Не получив ответа, Алексеев отдал приказ эскадре 21 января совершить демонстративный поход к Шантунгу. В 8 часов утра эскадра вышла в море и взяла курс на Шантунг. В 16.00, когда эскадра находилась вблизи Шантунга, последовал приказ вернуться. Поход эскадры вызвал недовольство в Петербурге и сильнейший переполох в Токио. Из Петербурга последовали директивы не провоцировать Японию. С большим трудом адмиралу Алексееву удалось добиться разрешения оставить эскадру на внешнем рейде, чтобы в случае необходимости оперативно ввести ее в бой. 24 января было получено известие о разрыве дипломатических отношений с Японией. Эскадра была переведена в состояние повышенной боевой готовности. 26 января в 20.00 состоялось совещание, на котором был составлен приказ о выходе эскадры в море 27 января. Также бы отдан приказ : судам стоящим на внешнем рейде приготовиться к отражению минной атаки. В это время японские миноносцы уже шли к Порт-Артуру. Расчет был на то, что на кораблях примут подходящие миноносцы за свои. Недаром японцы шли с открытыми навигационными огнями. В 23.35 миноносцы были обнаружены и освещены прожекторами. Пока на кораблях гадали, свои это миноносцы или нет, японцы выпустили торпеды и подорвали три русских корабля - Цесаревич, Ретвизан и Палладу. Однако как только враждебные намерения были обнаружены, корабли тут же открыли огонь, не допустив выхода в атаку других японских миноносцев. Находившаяся в полной боевой готовности русская эскадра не была поймана врасплох, а стала жертвой стечения обстоятельств и нашей традиционной организации (на флагмане Петропавловск о торпедировании кораблей узнали в 00.40 - через час после начала атаки!). 10 февраля пять японских брандеров предприняли попытку закупорить выход из Порт-Артура, а сопровождающие их миноносцы окончательно уничтожить Ретвизан, сидящий на мели в проходе. Прикрытие операции осуществлялось главными силами адмирала Того. Огнем эскадры и береговых батарей эта атака была отбита. На одном из затонувших брандеров была найдена схема заграждения прохода. Не стой Ретвизан на мели в проходе как выдвинутая батарея, и план японцев мог осуществиться. 24 февраля в Порт-Артур прибыл новый командующий эскадрой вице-адмирал Макаров. Вместе с адмиралом прибыл корабельный инженер Кутейников, который умело организовал ремонтные работы. Задыхаясь от нехватки оборудования, ремонтные бригады обеспечили бесперебойный ремонт боевых кораблей. 26 февраля японская эскадра снова появилась перед Порт-Артуром, ведя бомбардировку порта и города перекидным огнем через Ляотешань. Корректировка велась легкими крейсерами, находившимися перед входом в порт. Во время бомбардировки были попадания в корабли эскадры. Чтобы не допустить повторения безнаказанной бомбардировки, на сопке Ляотешань был развернут артиллерийский корректировочный пост и батарея шестидюймовых орудий. Утром 27 февраля эскадра вышла в море и взяла курс на восток в надежде встретить противника. Однако противника обнаружить не удалось и в 19.00 все корабли втянулись на внутренний рейд. Выход эскадры продемонстрировал адмиралу Макарову полное отсутствие опыта у большинства командиров в совместном плавании. 9 марта японский флот вновь предпринял попытку бомбардировки Порт-Артура. Немедленно был открыт ответный перекидной огонь через Ляотешань. Огонь вели броненосцы Ретвизан и Победа. Как только японский флот показался на горизонте, адмирал Макаров, несмотря на малую воду, решил всей эскадрой выйти в море и вступить в бой под прикрытием береговых батарей. Выход русской эскадры за 1,5 часа до полной воды произвел ошеломляющее впечатление на противника. Адмирал Того отозвал выделенные для бомбардировки Порт-Артура броненосцы, которые находились под бомбардировкой русских кораблей и соединившись со своими крейсерами, не принимая боя и не отвечая на огонь повернул на юг и скрылся на горизонте. 13 марта русская эскадра сове
ршила поход к островам Мяо-Тао, во время которого был потоплен японский пароход и джонка. Поход был прерван из за столкновения броненосцев Севастополь и Пересвет. В 12.30 эскадра вернулась в Порт-Артур. В ночь на 14 марта японцы провели очередную отчаянную попытку заблокировать выход из Порт-Артура брандерами. Атака была отбита. Утром, когда на горизонте показался японский флот, адмирал Макаров вывел эскадру в море, показав адмиралу Того, что ночная атака брандеров окончилась провалом.
Вечером 30 марта из Порт-Артура вышли два отряда миноносцев с целью провести разведку у острова Элиот и в случае обнаружения противника, атаковать его. В эту же ночь японским минзагом Кориу-Мару была проведена постановка мин на внешнем рейде Порт-Артура. Между тем оба отряда миноносцев, не обнаружив никого у острова Элиот, повернули обратно. Отставший миноносец Страшный был перехвачен противником на подходе к Порт-Артуру и после ожесточенного боя потоплен. Высланный в море для поддержки миноносцев крейсер Баян доложил о гибели миноносца и о появлении японского отряда из 2-х броненосных и 4-х легких крейсеров. В 5.40 крейсер Диана снялся с якоря и ушел на поддержку Баяну. В 7.15 на рейд вышли броненосцы Петропавловск и Полтава. Остальные броненосцы задержались. Макаров приказал Баяну вести отряд к месту гибели миноносца. В 7.58 на горизонте были замечены японские крейсера. В 8.15 противник открыл огонь. Русский отряд немедленно ответил, идя кильватерной колонной в следующем порядке: Петропавловск, Полтава, Аскольд, Баян, Диана и Новик. С приближением русского отряда японцы повернули на восток и стали удаляться, увлекая русские корабли из под прикрытия береговых батарей. В 8.40 на юго-востоке показались главные силы японского флота в составе 6 броненосцев и 2 броненосных крейсеров. Немедленно русский отряд повернул на обратный курс. На внешнем рейде к отряду присоединились броненосцы Пересвет и Победа. Противник остановился на горизонте. Петропавловск повернул на восток , приказав остальным кораблям вступить в кильватер, намереваясь принять бой под прикрытием батарей. По мере, того как корабли занимали место в строю, Петропавловск, набирая ход, держался в 2-х милях от берега. Расстояние до японцев начало сокращаться. Но в 9.39 Петропавловск, находясь в 2-х милях от Тигрового полуострова наскочил на мину и взорвался. Со страшным грохотом над броненосцем мгновенно вырос громадный столб дыма и пламени, в котором изчезла носовая часть до первой трубы. Резко накренившись на правый борт, броненосец стал стремительно уходить под воду. Через 2 минуты после взрыва Петропавловск скрылся под водой. В командование эскадрой вступил контр-адмирал князь Ухтомский, поднявший на Пересвете сигнал о перестроении эскадры. В момент перестроения в 10.10 на другой мине подорвался броненосец Победа. На кораблях началась паника. Катастрофа Петропавловска могла завершиться полным разгромом эскадры, действуй японцы активнее. Но они по прежнему не двигаясь стояли на горизонте. На Петропавловске кроме Макарова погибли 620 матросов и практически весь штаб с офицерами корабля. После гибели адмирала Макарова командование над эскадрой принял адмирал Алексеев.
Высадка японцев на Ляодунский полуостров 22 апреля 1904 года полностью изменила стратегическую обстановку на военном театре. Возникла вероятность падения крепости и гибель флота. В этот же день в командование эскадрой вступил контр- адмирал Витгефт.
1 мая минный заградитель Амур выставил мины на пути блокируещего Порт-Артур японского флота. 2 мая на этих минах подорвались и погибли японские броненосцы Хатцусе и Яшима. Это событие было единственным светлым пятном на фоне поражений и неудач этой войны. 23 мая после ремонта вошел в строй броненосец Ретвизан - его появление в строю стало для японцев весьма неприятным сюрпризом.
10 июня 1904 года,адмирал, понукаемый приказами из Петербурга, вывел эскадру в море, чтобы дать генеральное сражение и деблокировать Порт-Артур. Выход эскадры проводился очень медленно, что дало возможность японцем перехватить русскую эскадру в 20 милях от Порт-Артура. При появлении японского флота адмирал Витгефт не решился принять бой и вернулся в Порт-Артур. В японской истории войны говорится : “Мы были поражены появлением Ретвизана, Цесаревича и Победы, приведенных в исправность и дававших русским преимущество… Несколько часов участь войны колебалась - до тех пор, пока русский флот вследствии какой-то неизвестной причины не повернул обратно.” При подходе эскадры к якорной стоянке броненосец Севастополь наскочил на мину. 14 июня по просьбе сухопутного командования вышел в море и совершил обстрел японских позиций отряд кораблей в составе броненосца Ретвизан, крейсеров Баян, Паллада, Новик и канонерок Отважный, Гремящий и Гиляк. При возвращении в базу подорвался на мине и вышел из строя до конца войны лучший крейсер Баян.
Между тем, японцы тесня русские войска, выходили на ближние подступы к Порт-Артуру. Поэтому высшее командование требовало прорыва эскадры во Владивосток по окончании ремонта Севастополя. Окончание ремонта корабля совпало с первой бомбардировкой Порт-Артура с суши. 28 июля 1904 года в 5.00 эскадра начала сосредотачиваться на внешнем рейде для прорыва и в 8.15 начала движение. Около полудня эскадра была перехвачена японским флотом и началось знаменитое сражение в Желтом море. В 12.15 японская эскадра следуя в кильватере контргалсом, открыла огонь с дистанции 80 кабельтовых. Когда дистанция сократилась, открыли огонь корабли русской эскадры. В 12.30 флагманский броненосец Цесаревич повернул на 4 румба вправо, чтобы обойти плавучие мины, поставленные японскими миноносцами прямо по курсу русской эскадры, после чего эскадра снова легла на прежний курс. В 12.50 обе эскадры, сблизившееся до 30 кабельтовых, разошлись на контргалсах. В этот момент под сосредоточенным огнем японской эскадры оказались концевые крейсеры. Крейсера сразу дали полный ход и веером рассыпались влево, уйдя из под обстрела. Японцы пройдя за кормой у русской эскадры повернули к югу и шли позади и правее поддерживая редкий огонь с дальней дистанции. В 16.30 японцы догнали русские корабли и началась вторая фаза боя. Сражение велось на дистанции 40-45 кабельтовых. Японцы сосредоточили огонь на флагманских броненосцах эскадры Цесаревиче и Пересвете, засыпая их снарядами. В ходе второй фазы боя в Пересвет попало до 40 японских снарядов. Когда флоты сблизились до 30 кабельтовых в бой вступила 75 мм артиллерия. Неожиданно флагманский Цесаревич вышел из строя и покатился влево, следующий за ним Ретвизан сначала пошел за ним, но поняв что на флагмане что то случилось, лег на прежний курс. Строй русской эскадры пришел в полное расстройство, а противник открыл по сбившимся в кучу кораблям убийственный огонь. Строй эскадры рассыпался. Не обращая внимания на сигналы младших флагманов, пытающихся навести порядок, корабли один за другим поворачивали в Порт-Артур. Не потеряв в бою ни одного корабля, эскадра отдельными группами, отбивая ночные атаки миноносцев, к утру следующего дня вернулась в Порт-Артур. Поврежденный Цесаревич и крейсера Аскольд и Диана уходят в нейтральные порты, где интернируются до конца войны. Крейсер Новик прорвался до Сахалина, но получив тяжелые повреждения в бою с японским крейсером, был затоплен командой.
С этого времени корабли больше не выходили в море, включившись в оборону Порт-Артура, проводя обстрел японских позиций. 22 ноября японцы взяли Высокую гору, с которой начали вести точную корректировку огня 11 дюймовых гаубиц, которые один за другим потопили все корабли стоящие в гавани. Их участи избежали только броненосец Севастополь и канонерка Отважный , вышедших в открытую бухту Белого волка. Но и эти корабли долго отбивавшие беспрерывные ночные атаки японских миноносцев, вынуждены были затопиться на большой глубине внешнего рейда. 9 декабря адмирал Того донес императору, что русская эскадра перестала существовать.