Để bảo vệ vùng biển phía nam đảo Tế Châu, quân đội chính quy đã bố trí Phân Hạm Đội 5, cụ thể là Chi Đội Tuần Dương Hạm 3 và Chi Đội Khu Trục Hạm 8.
Hai chi đội này bao gồm bốn chiếc trọng tuần dương hạm lớp "Chiết Giang" và sáu chiếc khu trục hạm lớp "Si Chim".
Mười chiến hạm này lấy Phổ Đà làm trung tâm, chia thành hai biên đội thay phiên nhau tuần tra.
Trong đó, trọng tuần dương hạm "Phúc Kiến", "Quảng Đông" cùng khu trục hạm "Mao Ngựa", "Diễm Thú", "Còn Giao" hợp thành một đội.
"Chiết Giang", "Hà Bắc" cùng khu trục hạm "Tịnh Phong", "Cường Lương", "Thừa Hoàng" tạo thành đội còn lại.
Đội "Chiết Giang" đang chậm rãi di chuyển từ phía tây, đã chạm trán với biên đội vận tải tám khu trục hạm của quân Nhật.
Phải thừa nhận rằng, quân Nhật huấn luyện tác chiến ban đêm rất tốt. Không những phát hiện đối thủ trước, họ còn nhanh chóng hoàn thành công tác chuẩn bị chiến đấu.
Do vị trí của biên đội Nhật gần bờ hơn, nên khi quan chỉ huy ra lệnh tấn công, các chiến hạm của quân đội chính quy mới tỉnh ngộ ra là có địch.
Trong lúc quân đội chính quy còn đang bối rối quan sát tình hình, tiếng nổ ngư lôi đã vang lên giữa đội hình của họ.
Khi phát hiện đối phương, biên đội vận tải Nhật Bản vừa mới thả xong lính lục quân, đang ở trạng thái "khinh trang thượng trận".
Tuy nhiên, viên chỉ huy Nhật biết rõ mấy chiếc tàu cũ kỹ của mình khó mà tạo ra khác biệt lớn trong trận chiến, nên quyết định sau khi tung ra một đợt tấn công ngư lôi sẽ lập tức rút lui.
Tám chiếc khu trục hạm kiểu cũ của Nhật, mỗi chiếc trang bị hai bệ phóng ngư lôi song liên 18 inch, sử dụng loại ngư lôi 94 thức 2 cổ lỗ sĩ.
Theo lệnh của viên chỉ huy, tám chiến hạm Nhật đồng loạt phóng hết số ngư lôi mang theo, rồi lập tức tăng tốc lên 30 hải lý, điên cuồng tháo chạy về hướng đông.
Ba mươi hai quả ngư lôi Nhật lao về phía biên đội quân đội chính quy còn chưa sẵn sàng chiến đấu, trong đó có vài quả trúng đích.
Biên đội "Chiết Giang" đang tuần tra trên biển, khi tiến lên đã xếp thành đội hình đơn cánh, theo thứ tự từ trước ra sau là "Tịnh Phong", "Cường Lương", "Chiết Giang", "Hà Bắc" và "Thừa Hoàng".
Khi chiến hạm Nhật tiến hành phóng ngư lôi đồng loạt, cơ bản tạo thành một hình chữ "T" nghiêng so với biên đội "Chiết Giang". Khu trục hạm "Tịnh Phong" đi đầu đội hình hứng chịu đòn tấn công đầu tiên.
"Tịnh Phong" đang chờ lệnh từ kỳ hạm "Chiết Giang", thì bất ngờ phát hiện vệt ngư lôi dưới mặt nước. Chưa kịp phát cảnh báo, nó đã vội vã né tránh, nhưng vẫn bị một quả ngư lôi đánh trúng đuôi tàu.
Khu trục hạm "Cường Lương" đi ngay sau "Tịnh Phong", thấy chiến hạm phía trước có động tác bất thường, còn chưa kịp hiểu chuyện gì thì đã trúng ngư lôi, mà lại trúng liền ba quả!
Dù ngư lôi của Nhật Bản nổi tiếng uy lực yếu, nhưng chiếc "Cường Lương" 1260 tấn cũng không chịu nổi ngần ấy đòn. Chẳng bao lâu sau, nó chìm xuống đáy biển.
Trọng tuần dương hạm "Chiết Giang" đi sau "Cường Lương" cũng bị một quả ngư lôi đánh trúng, nhưng hệ thống phòng ngự dưới nước của thân tàu đã phát huy tác dụng, giảm thiểu thiệt hại, giúp nó vẫn duy trì được khả năng chiến đấu dù bị thương.
Hai chiếc "Hà Bắc" và "Thừa Hoàng" phía sau may mắn hơn nhiều, nhờ có các chiến hạm phía trước "đỡ đạn", hai tàu này sau khi cơ động né tránh đã không bị tổn hại gì.
Bất ngờ bị "Chiết Giang" hào biên đội tập kích, đối phương vội vàng triển khai các biện pháp khẩn cấp. Một mặt phát tín hiệu báo động, một mặt pháo kích vào bóng dáng chiến hạm địch ở phía xa, đồng thời ra sức cứu giúp những chiến hạm và nhân viên bị thương của mình.
Tuy nhiên, pháo kích không mang lại hiệu quả gì. Biên đội Nhật Bản sau khi "gây chuyện" đã nhanh chóng biến mất trong màn đêm. Trong khi đó, tình trạng của "Tịnh Phong" hào bên phía quân đội chính quy ngày càng trở nên tồi tệ, khó lòng cứu vãn.
Con tàu bị trúng thủy lôi, nước tràn vào nghiêm trọng, thân tàu dần dần nghiêng hẳn sang một bên, hơn nữa còn bốc cháy dữ dội. Thấy không còn hy vọng cứu chữa, cuối cùng đành phải bỏ tàu.
Nhưng đến bước đường này, những khó khăn mà "Chiết Giang" hào biên đội hứng chịu vẫn chưa kết thúc.
Khi các chiến hạm còn lại của biên đội đang tập trung cứu hộ đồng đội và nhân viên, trạm quan sát trên hạm bất ngờ phát ra cảnh báo, phát hiện một hạm đội không rõ danh tính đang tiến đến từ hướng Đông Bắc.
Lần này, các hạm của quân đội chính quy lập tức nâng cao cảnh giác. Nhưng đúng lúc đó, tiếng nổ của ngư lôi lại một lần nữa vang lên, ngay sau đó là mưa pháo dày đặc trút xuống.
Lần này kẻ tập kích là biên đội yểm hộ gồm tám chiến hạm của quân Nhật.
Sau khi chạm trán chiến hạm Hoa Hạ, biên đội vận chuyển của quân Nhật đã kịp thời thông báo tình hình cho các hạm đội bạn, đồng thời quyết định từ bỏ việc vận chuyển binh sĩ đến Trâu Đảo lần thứ hai và trực tiếp quay trở lại căn cứ.
Quyết định này không có gì đáng trách, nhưng biên đội yểm hộ của quân Nhật lại không muốn trở về điểm xuất phát một cách vô vị như vậy. họ cho rằng nên thừa cơ hội đánh đêm tốt này để phản công, cố gắng làm suy yếu thực lực hạm đội đối phương.
Thế là tám chiến hạm Nhật Bản lặng lẽ tiến về phía vị trí mà quân đội bạn đã thông báo. Các hạm của "Chiết Giang" hào biên đội, dưới ánh lửa bốc lên từ "Tịnh Phong" hào, lại vô tình trở thành mục tiêu nổi bật, tạo điều kiện cho quân Nhật dễ dàng phát hiện và triển khai tập kích bất ngờ.
"Chiết Giang" hào và ba chiến hạm còn lại của quân đội chính quy lại một lần nữa hứng chịu tổn thất nặng nề trong đợt tập kích này của quân Nhật.
"Chiết Giang" hào vốn đã bị thương, nay lại trúng thêm hai quả ngư lôi cỡ 610 ly và một quả 533 ly, sau đó lật úp và chìm trong làn pháo kích dữ dội của quân Nhật.
"Hà Bắc" hào và "Thừa Hoàng" hào cũng liên tiếp trúng đạn pháo, chật vật chống đỡ trong tình thế địch nhiều ta ít, tình hình vô cùng bi quan.
Khi tình thế trở nên nguy cấp hơn, lực lượng tiếp viện của quân đội chính quy cuối cùng cũng đến, đó là "Phúc Kiến" hào biên đội, đơn vị đã vội vã lên đường sau khi nhận được thông báo về việc đồng đội gặp địch.
Năm chiến hạm của quân đội chính quy bất ngờ tham gia chiến cuộc, dù không thể đảo ngược cục diện địch mạnh ta yếu trên tổng thể, nhưng cũng làm rối loạn nhịp độ tấn công của quân Nhật.
Hơn nữa, dưới sự tấn công dồn dập của các hạm quân đội chính quy, kỳ hạm "Diệu Cao" hào của quân Nhật liên tiếp trúng đạn, chịu tổn thất không nhỏ.
Vì trời sắp sáng, và lo ngại sẽ có thêm chiến hạm của quân đội chính quy đến tiếp viện, quân Nhật quyết định "thấy tốt thì lấy", lập tức rút lui khỏi chiến trường với tốc độ cao, kết thúc trận "Tế Châu Đảo Đông Nam đánh đêm".
Trong trận chiến này, quân đội chính quy tổn thất một chiếc tuần dương hạm hạng nặng, hai chiếc khu trục hạm, cùng với một chiếc tuần dương hạm hạng nặng và một chiếc khu trục hạm khác bị thương nghiêm trọng. Toàn bộ "Chiết Giang" hào biên đội gần như bị xóa sổ.
Trong khi đó, phía quân Nhật chỉ có "Diệu Cao" hào bị thương nặng hơn, và giành được chiến thắng toàn diện trên biển.
Trận chiến này một lần nữa cho thấy sự chênh lệch về trình độ tác chiến ban đêm giữa hai bên. Đồng thời, cảm giác ưu việt và thái độ khinh thị đối với quân Nhật đã hình thành từ lâu trong giới tướng sĩ quân đội chính quy trước cuộc chiến tranh Hoa-Nhật cũng là một yếu tố quan trọng dẫn đến những thất bại trong các trận đánh đêm.
Đối với quân đội chính quy, việc kịp thời rút ra bài học, tổng kết kinh nghiệm và không ngừng sửa đổi trong các trận chiến sau này mới là con đường duy nhất dẫn đến thắng lợi cuối cùng. Và bọn họ đã làm đúng như vậy.
Trận hải chiến này tuy đã kết thúc, nhưng dư âm của nó vẫn còn vang vọng.
Chiếc chiến hạm "Diệu Cao" bị thương trong trận chiến, trên đường trở về căn cứ do tình hình hư hại trở nên tồi tệ nên tốc độ di chuyển bị ảnh hưởng. Kết quả là đến bình minh, nó bị máy bay trinh sát của Hoa Hạ phát hiện.
Sau đó, chiến hạm này hứng chịu sự tấn công dồn dập của hơn mười máy bay ném bom và máy bay phóng ngư lôi, cuối cùng bị đánh chìm. Đây có thể xem như một sự an ủi phần nào cho những quân nhân chính quy đã hy sinh trong trận đánh đêm.