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增援刚开始还算顺利。由马宝贵率领的6000人、马玉昆率领的2000人先后由旅顺登船，在大东沟登陆后直奔平壤。左宝贵和聂桂林的6000人、丰升阿的1500人也跨越鸭绿江，从陆路入朝。四路大军陆续在8月上旬进驻平壤。
李鸿章当然不会忘记驻守在牙山的亲信叶志超。牙山靠南，走陆路太远，交通也不便利，只能通过海上增援。到了真正要使用的时候，李鸿章才忽然发现，大清竟然缺少运兵船。无奈之下，只好让江自康带领2500人租用英国轮船“高升”号、“爱仁”号、“飞鲸”号前往牙山。担任护航的就是北洋舰队“济远”号、“广乙”号和“威远”号3艘战舰。
本来丁汝昌的意见是由北洋舰队集体出动护航，但一心避战的李鸿章害怕出动这么大的兵力会刺激日本人，所以只允许派这几艘舰去。牙山的复杂地形并不适合部队大规模登陆，因此增援部队先后分3批出发。
凡是有中国军队与敌交兵的地方，就不会少了这样两种人：一种叫“汉奸”；另一种叫“跑跑”。李鸿章的外甥张士珩当时是天津军械局的总办，其家中的书吏刘树芬早已被日本间谍石川伍一重金收买。石川从刘树芬处获得了大清舰队增援的详细情报并立即电告日军。随后，石川和刘树芬被抓获并斩首。
得讯后的日本联合舰队马上派出坪井航三海军少将率领第一游击舰队“吉野”号、“浪速”号、“秋津洲”号3艘快速战舰出海拦截。7月25日清晨，日本舰队来到了牙山湾之外。当时的丰岛水域天气晴朗，万里无云，海上能见度良好，正是交兵的好时机。间谍和汉奸的情报异常准确，日舰很快就发现远方有两艘军舰冒着黑烟缓缓驶近，这就是北洋舰队的“济远”号和“广乙”号。
本来是3艘护航舰只，护航编队司令方伯谦发现“威远”号速度太慢，就安排其提前返回。方伯谦在“爱仁”号、“飞鲸”号卸载完毕之后，准备回头去迎接第三艘运兵船“高升”号。让人意想不到的是，一出牙山湾就迎头遇上了3艘日本军舰。当时双方的实力对比是——
清廷：“济远”号，2300吨，速度15节，最大舰炮为210毫米；“广乙”号，1000吨，速度16节，最大舰炮为120毫米。
日本：“吉野”号，4216吨，速度23节，最大舰炮为152毫米；“浪速”号，3709吨，速度18节，最大舰炮为260毫米；“秋津洲”号，3150吨，速度19节，最大舰炮为250毫米。
上午7时45分，“吉野”率先向“济远”打出了甲午战争的第一炮，“济远”马上开炮还击。随后，“浪速”和“秋津洲”号也围了上来，三舰同时炮击“济远”。陆奥宗光期盼已久的战争终于如愿打响。
眼见“济远”陷入重围，“广乙”马上冲上来助战。“浪速”和“秋津洲”马上回过头来联手收拾“广乙”。片刻之间，孱弱的“广乙”就在日本炮火的轰击下伤痕累累，失去战斗力之后撤出战场，冲到朝鲜西海岸十八家岛附近搁浅。舰长林国祥见军舰受伤太重，为了免于被日军俘虏，遂下令纵火烧船。随后，林国祥带领水兵登岸前往牙山，准备加入叶志超的陆军部队。可惜叶志超早已弃城逃跑，无奈，林国祥只好率兵乘英国军舰“亚细亚”号辗转回国。
打跑了“广乙”，“浪速”和“秋津洲”马上回过头来与“吉野”合围“济远”，战场惊险异常。日本三舰恰如“刘关张”，可惜“济远”并不是吕布，最多只能算华雄。瞬间，“济远”上死伤已达57人。眼见不敌的方伯谦立即下令军舰全速向中国方向撤退，日本三舰穷追不舍。就在此时，远方海面又出现了两艘舰只的身影，这就是大清的第三艘运兵船“高升”和运输武器、饷银的运输舰“操江”。
游击舰队司令坪井航三少将马上对三舰进行了分工：速度最快的“吉野”负责追击“济远”，“浪速”拦截“高升”，“秋津洲”对付“操江”。
自身难保的“济远”已经无力保护自己护航的舰只，方伯谦在向“高升”和“操江”打出“自行逃命”的信号后，率先独自逃窜。眼看着速度更快的“吉野”越追越近，无可奈何的方伯谦先在“济远”上挂出白旗，随后又挂出日本旗，同时继续高速逃跑。方伯谦的一系列怪异动作搞得日本人一头雾水。“吉野”舰长河原要一大佐看到“济远”没有停下来而是狂奔，就继续加速追赶，同时频频炮击。12时38分，“吉野”距离“济远”仅仅剩下2500米。逃跑中的“济远”突然用尾炮连续反击，四发炮弹有三发打中“吉野”。猝不及防，“吉野”的桅楼、前主炮被击中。受伤的“吉野”不敢独自继续追击，掉头返航，“济远”继续狂奔，逃过一劫。
后来对于“吉野”停止追击的原因也是众说纷纭。一说是受伤。二说是担心驶离战场太远，靠近北洋水师驻地太近，怕中援军的埋伏。三说是当时水越来越浅，“吉野”吃水太深，担心搁浅。四说是担心另外两艘日舰对付两艘中国船不宽裕，怕中国运兵船逃脱，所以回去支援了。不管什么原因，反正“济远”是跑掉了。
逃回威海卫基地的方伯谦称打了胜仗，“击伤倭船，击死倭提督并兵员数十人”。李鸿章和丁汝昌虽然有点怀疑，但觉得方伯谦在寡不敌众的情况下还能成功把船开回来也不容易。况且方舰长是自己人，开战之初能有胜绩也会鼓舞士气，所以仍积极为方伯谦请功。随后清廷颁谕，以“管带‘济远’之方伯谦，于牙山接仗时鏖战甚久，炮伤敌船，尚属得力，着李鸿章传旨嘉奖”。朝中甚至有人提议“改由方伯谦接管丁汝昌所带之船”。
“浪速”和“秋津洲”的任务是对付“高升”和“操江”。“高升”是英国商船，“操江”是木质炮船，现在的功能是运输舰，两舰都几乎没有战斗力。如果说“济远”勉强还算得上是华雄的话，那么这两艘船最多只能算糜竺和简雍，明摆着就是对方案板上的烧鸡，仅剩点骨头不好切而已。
“操江”在13时50分被“秋津洲”追上。请读者留心一下这个“秋津洲”的舰长上村彦之丞海军少佐，在后文的日俄战争中他还要出场领衔主演。舰龄超过20年的木质炮船“操江”上，当时有包括舰长王永发在内的水兵82人。在船上丹麦专家的劝说下，王永发挂出了降旗，随后被“秋津洲”押解到日本佐世保军港。
被俘官兵上岸后遭到了非人道的凌辱。日本人将这些被俘士兵排成两排游街示众，并敲锣打鼓号召市民前来围观。这些人之后被关入监牢。除了丹麦人被释放之外，所有人都被关押到了战争结束。“操江”上20万两饷银、20门大炮、3000条步枪及大量弹药落入日军之手。
最后看看故事最多的“高升”。负责对付“高升”的是日舰“浪速”。“浪速”的舰长就是后来被誉为军神的东乡平八郎。10年前，老酒的一个朋友在谈判中和东乡平八郎的曾孙有过面对面的唇枪舌剑的交锋，还大占上风，让老酒敬佩不已，为此特意多敬了他三杯酒。“浪速”追击“高升”，简直就像刘翔追老酒一样容易，“高升”很快被“浪速”控制。日本人派出小艇搭载临检官见善五郎大尉等人登上“高升”。“高升”英国舰长高惠悌强调，此船乃英国商船。日本人不予理睬，宣布“高升”已经被俘，必须马上跟着“浪速”走。
日本人离开“高升”后，随即打出了“随我前进”的信号。船上的清军士兵立即涌入舰长室，对着高惠悌拔刀怒吼：“敢跟日本人走，小心此刀。”“高升”上北洋舰队聘请的军事教习、德国退役军官汉纳根也告诉高惠悌：“中国人宁愿死，也不会服从日本人的命令。”
看着“高升”迟迟不动，“浪速”马上派人过来催促。高惠悌告诉日本人：“中国人不愿意当俘虏，他们要求退回大沽口。我们是英国船，你们两个国家还没有宣战。”
双方僵持了三个小时。12时30分，东乡平八郎下令：“欧洲人全部离舰。”但是船上的小艇已全部被清兵控制，欧洲人想走也走不了。
13时，东兴平八郎悍然下令开炮。炮弹命中“高升”动力汽罐，蒸汽和煤烟滚滚喷出，接着船体多处着弹发生倾斜。船上绝望的清军士兵只能徒劳地用步枪向“吉野”射击。13时46分，“高升”在海面上消失。即使在沉入水中的一瞬间，桅杆上的一个清兵还射出了最后一发子弹。东乡充分显示了日本人的兽性，他下令继续对漂浮在水面上的清军士兵进行扫射，刹那间海面泛起一片片血红。
“高升”上清兵1116人、工作人员74人（其中7个英国人）全部落入水中。事后，在附近观战的法国军舰“利安门”救出42人，德国军舰“伊力达斯”救起112人，英国军舰“伯布斯”救出87人。有两人被日军俘虏，另有两名士兵游泳漂泊到孤岛上，40天后获救。除了被救出的245人，其余871名大清士兵全部殉国。
74名工作人员中，包括船长高惠悌在内的3名英国人被“浪速”派小艇接走（后来高惠悌得到赔偿金2000日元，大副田泼林1500日元，导航员800日元）。法国军舰救起3人，德国军舰救起6人。其中德国专家汉纳根身体素质最好，自己游到了岸边，被德国军舰接走。其余5名英国人和57名船员葬身海底。
丰岛海战结束后，军令部部长桦山资纪中将宴请作战归来的坪井少将和几位舰长。仍处于极度亢奋状态的东乡平八郎大呼“我成功了”，旁边的“秋津洲”舰长上村彦之丞讥讽道：“你可真是个乱暴的家伙！”看来，即使自己人也不都赞同东乡野兽般的做法。
战后双方都宣称对方先开炮，甚至为这一问题争辩了许久。其实这是一个根本无须争论的问题。明显居于劣势的大清舰只不可能主动去招惹实力强大的日本舰队。就好比老酒在大街上遇上泰森，冲上去先动手和泰森打了一架，这可能吗？第一，咱素质高还热爱和平。第二，本人没有挨揍的爱好，也不想失去耳朵，即使仅仅是一部分。
“高升”是大英帝国的商船。要知道当时大英帝国在世界上的地位比现在的美国还牛。小小日本竟敢在太岁头上动土，那还了得？世界老大的商船被击沉，导致国际舆论一片哗然，英国国内也是群情激奋。曾在北洋海军担任过鱼雷艇部队教官的英国远东舰队舰长罗哲士甚至主动请缨要求出战，为挂着大英帝国国旗的“高升”报仇，远东舰队司令斐利曼特尔也是怒不可遏。英国政府8月3日召见日本驻英公使青木周藏并发出照会：“有关‘高升’被击沉一事，日本政府应做好负全部责任的准备。”
得知英国国内的情况之后，日本首相伊藤博文马上启动危机公关活动，承诺详细调查，一旦查清责任在己，则全额赔偿。日本内阁连夜召开紧急会议，研究决定向英国有关方面进行贿赂。外务省指示驻英国公使青木周藏向西方主要媒体行贿1600英镑，先堵住媒体的嘴巴再说。在青木周藏向陆奥宗光汇报的行贿名单中，英国《每日电讯》《泰晤士报》，德国《科隆报》《大陆报》都赫然在列。同时重金贿赂的英国剑桥大学教授、国际法专家韦斯特莱克对日本进行技术点拨：那就是抓住“高升”轮船被击沉过程中的一个关键细节大做文章，诡称“高升”的英籍船长已经失去对船只的控制，所以是中国军队控制“高升”在前，日本袭击在后，事件的性质就变成日本只是击沉一艘被中国军队武装控制的英国船而已。
从7月25日世界舆论大哗、英国政府向日本提出抗议照会开始，到中日正式开战后一周左右，西方舆论已经在日本的外交努力下发生逆转。《泰晤士报》8月6日刊登牛津大学教授、法学博士霍兰德的意见：“许多报纸的愚蠢社论仍然充满‘海盗行为’，‘不宣而战’，‘对英国国旗的侮辱’，‘严惩日本军官’等浮躁文字，实在不可想象。”这些所谓的“专家”论点平息了英国国内的一些反日舆论。
英国当时的策略是利用日本在远东牵制俄国，所以并不想真正与日本闹翻。加之日本人“认罪”态度良好，1894年11月，在上海举行的英国海军海事审判庭上，得到了国内授意的英国远东舰队司令斐利曼特尔做出了“东乡行为正当”的证言。法院最后判决，对于“高升”被击沉一事，日本没有过错和责任，英国受到的所有损失由大清承担。大清赔了夫人又折兵，可谓窝囊到了极点。