骆驼的最后一根稻草。伊森少将十分清楚，一但这5艘军舰参战，自己就真有全军覆没的危险了，因此立刻下令撤退。
但这时留里克号的航速只有13节，而且轮舵被打坏，无法转向，只能在海面上转圈，因此舰长特洛索夫上校向格罗姆鲍伊号打出“我己无法随行”的旗号，而伊森少将见了，只得下令放弃留里克号，只有两艘军舰撤退。
上村彦之丞下令，让第4战队的浪速号、高千穗号、对马号围攻留里克号，自己带领剩下的军舰继续追击俄舰，
双方一边追逐，一边互相开炮射击，追出大约20公里左右时，格罗姆鲍伊号的尾炮击中出号，造成了13人死亡，25人受伤，而且这时出云号的203毫米炮弹只剩四分之一，152毫米炮弹更是只剩5发，全舰的官兵们也处于极度疲劳之中，第2战队的其他几艘军舰的情况也差不多，毕竟为了捕捉海参崴分舰队，第2战队已连续执行了近1个月的海上任务，确实都疲惫不堪了，于是上村彦之丞决定中止追击。
其实这时格罗姆鲍伊号、勇士号也己到了强弩之末，两舰都遭受了重创，共阵亡140人、负伤319人，吃水线附近分别中弹数发，已经浸水，伊森少将己经下令勇士号，在舰上布置自爆装置了，如果日舰继续追击的话，击沉两舰是有很大的机率，至少可以击沉一艘。
而在另一面，留里克号被了艘日舰围攻，虽然续中弹，舰长茨尔索福斯上校、大副弗洛图夫斯基中校等五名军官阵亡，但始终没有被击沉，而且还在航海长伊万诺夫上尉的指挥下，尽力抢修机舵，希望还能突围离去，但见到追击的日舰转回，伊万诺夫上尉也知道大势己去，因此下令打开通海阀，让军舰自沉，其余的官兵均跳海逃生。
10点40分，留里克号沉没，蔚山海战结束。不过日本军舰到是并未撤离，而是在战场上抢救落水的俄国官兵，应该说这个时代的日本军人还算是比较正常，最终留里克号全舰官兵有625人获救，其余224人阵亡。而在这场海上的战役中，日本共阵亡45人，受伤81人。
虽然这一战日本舰队在占有绝对优势的情况下，仅仅只击沉了一艘俄舰，但这也是开战以来，日本舰队在海战中正式击沉的第一艘俄国主力军舰，战列舰彼德巴甫洛夫斯克号是触雷沉没，不算是在海战中击沉。但从战术上来说，这一战并不算是完全成功的。
但海参崴分舰队的另两艘俄舰均遭受重创，至少需要大半年维修才能重新作战，这也表示海参崴分舰队在一定的时间内