Тем временем японская осадная армия подошла к Порт-Артуру и началась непосредственная осада крепости. Утром 25 июля совершенно неожиданно по эскадре открыла огонь уже японская осадная артиллерия. Первой дуэль с японскими батареями начала «Победа», затем к ней присоединились «Пересвет» и «Ретвизан». В результате несколько орудий противника было подавлено. Однако ответным огнем японцев был накрыт флагманский «Цесаревич» и ранен сам Витгефт.

В тот же день пришел приказ адмирала Алексеева незамедлительно прорываться во Владивосток.

Утром следующего дня адмирал Витгефт собрал флагманов, командиров кораблей и штаб, сообщив, что в ближайшие дни эскадра, согласно высочайшего повеления, эскадра выйдет в море с целью прорыва во Владивосток.

Утром 28 июля 1904 года Тихоокеанская эскадра вышла на внешней рейд. Свой флаг контр-адмирал Витгефт держал на головном броненосце «Цесаревиче». Там же находился и его штаб. Там же был, разумеется, и Кетлинский. В 9.00 на флагманском «Цесаревиче» был поднят сигнал: «Флот извещается, что Государь Император повелел идти во Владивосток».

Вскоре к востоку от русской эскадры показались главные силы противника во главе с флагманским броненосцем «Миказа». Преимущество было целиком на стороне японцев, но исход боя должен был решить поединок главных сил, где силы противников были почти равны.

Первым в 12.20 открыл огонь по «Цесаревичу» японский броненосный крейсер «Ниссин», через несколько минут ему ответил «Пересвет». Так начался бой, который вошел в историю как бой в Желтом море.

Первое время, довольно удачно уклоняясь от маневров японского флота, Витгефт упорно держал курс в Корейский пролив. Наши корабли успешно стреляли, поражая противника. В ответ им тоже доставалось. Так, головной «Цесаревич» получил попадания шести крупнокалиберных снарядов, но ни один из них не пробил брони. Получил некоторые повреждения и «Ретвизан».

В конце концов контр-адмирал Витгефт блестяще переиграл Того в маневре, обеспечив своей эскадре наивыгоднейшие условия стрельбы и открытый путь во Владивосток. Японские броненосцы получили тяжелые повреждения. Но, выйдя из боя и уклонившись вправо, адмирал Того затем поспешил вдогонку уходившей русской эскадре, постепенно ее нагоняя.

К этому времени контр-адмирал Витгефт, убедившись, что концевой броненосец «Полтава» не в состоянии держать установленный 15-узловой ход и что от противника ему не уйти, осознал, что вскоре предстоит новый бой. Собрав на мостике флагманского «Цесаревича» свой штаб, Витгефт поставил перед ним вопрос о возможных вариантах действий эскадры в сложившихся условиях. Большинство офицеров отмолчалось. Тогда слово взял лейтенант Кетлинский. Его предложение было вполне разумным и грамотным Учитывая выгодное расположение артиллерии на русских броненосцах, позволявшее вести сильный кормовой огонь, и то, что противник находился в роли догоняющего, Кетлинский предложил принять бой на отходе в строю фронта, переведя противника за корму, для чего эскадре надлежало выполнить два поворота на восемь румбов: первый вправо «последовательно» и второй — влево «все вдруг.» При этом русская эскадра получала значительное превосходство в артиллерии, которого она была лишена, ведя бой на параллельных курсах. Как знать, прими тогда Витгефт предложение Кетлинского, и судьба эскадры, а вместе с ней и судьба всей Русско-японской войны могла сложиться совершенно иначе. Но, выслушав своего флагманского артиллериста, Витгефт его предложение отклонил Командующий желал иного — затянуть начало нового боя до близкой уже темноты, а ночью уже окончательно оторваться от японцев.