在日舰的猛烈反击下，“平远”“广丙”相继中弹起火，不得不驶离战场，前往浅水区自救。北洋舰队变成了八打九，战局迅速逆转，旗舰“定远”更是遭到日舰的集中射击，在桅楼被一枚炮弹击中后，信号旗绳为之一扫而空。战斗打响前，丁汝昌一直没顾得上吃饭，两个听差在此过程中去给他送午餐，结果也在炮弹扫过来时被炸死了。

在中国军事传统中，中军断旗可不是一件吉利的事，官兵们的情绪不可能不受影响。然而“定远”尚未来得及对敌舰还以颜色，其飞行甲板很快又被一枚炮弹击中，弹片将木质的甲板都震碎了，正在甲板上督战的丁汝昌被当场震倒，左脚一度被甲板碎片压住，动弹不得，右脸和脖颈也被炮弹产生的火焰烧伤。丁汝昌久历戎行，深知此时维系士气的重要性，他虽身负重伤，但为了不给军心造成新的打击，他没有进入军舰医院或躲到其他安全的地方治疗，而只是就地简单处理了一下自己的伤势。

在此之后，“定远”由管带刘步蟾肩负指挥重任。丁汝昌即便因受伤而不能再指挥战斗，也仍咬牙忍痛，继续坐在“定远”的舰首的甲板上，以便“看着他的水兵作战，并且能让水兵们看到自己”。此情此景，令随船作战的洋员们都深深折服，忍不住上前用有限的汉语向老提督表示慰问和尊敬。

作为当时名副其实的远东巨舰，“定远”级铁甲船的整体防护装甲异常厚重，但由于采用的是集中防御样式，厚重装甲都被尽可能地用于集中保护军舰的要害部门，如danyao仓、锅炉仓、蒸汽机等，舰首等处的防护装甲则相对薄弱。当天下午3点10分左右，位于本队末尾的“扶桑”击中“定远”，一颗开花弹刚好落在舰首部位，穿透甲板后直入舰内。

在黄海海战中，北洋舰队即便使用开花弹，由于弹壳内填充的是黑火药，在海战中的性能表现也差强人意。与之不同的是，联合舰队不仅在海战中大量使用开花弹，而且弹头里装的还是下濑火药。下濑火药是日本在甲午战争前刚刚研制成功的一种烈性炸药，威力极大，燃烧性极强，甚至可以将钢铁烧弯，而且即使在水中，也可持续一定时间的燃烧，其作战性能已经超过了当时欧洲海军的标准。

由于日舰装备着填充下濑火药的炮弹，就算是中小口径的速射炮，一旦击中北洋舰队的军舰，也一样能大量杀伤舰上官兵以及令军舰起火，而被击中的北洋舰队军舰则总会被大火和浓烟困扰，难以组织有效反击。先前第一游击队击沉“超勇”，重创“扬威”，凭借的都是这一优势，“扶桑”击中“定远”的这颗炮弹亦如是，炮弹baozha后引燃了舰内的大量木质构件，“定远”瞬间被大火和剧烈燃烧引起的黑烟、特有的黄色毒雾所包围，随着舰首不断向外喷出火光，浓浓黑烟把“定远”上方的半边天空都给遮住了。在这种情况下，如果任由火势继续蔓延至danyao仓、锅炉仓等要害部门，整艘军舰就有沉没的危险，舰上官兵被迫停止发炮，集中力量救火，但火势猛烈，没有被马上扑灭的迹象。

自北洋舰队第一次访日起，日本举国上下便都将“定远”视为心腹之患。军备竞争期间，他们节衣缩食，拼命扩充海军，其首要目标及用来号召的口号，就是要不顾一切地击沉“定远”。眼见这艘“亚洲第一巨舰”暂时失去了作战能力，只能任己方攻击，联合舰队方面兴奋不已，各舰全都响彻着一片欢呼乱叫之声，第一游击队司令长官坪井航三立即指挥麾下的四艘战舰向“定远”进逼，“扶桑”也趁势赶来，加入了围攻行列。

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