28 июля с 05.00 эскадра стала вытягиваться на внешний рейд. В 06.00 «Цесаревич», неся флаг командующего, первым из броненосцев вышел на внешний рейд, эскортируемый миноносцами «Скорый» и «Статный». Выход эскадры, как всегда, шел мучительно медленно. В 06.30 на «Цесаревиче» был поднят сигнал: «Адмирал требует скорого выполнения выхода». Однако, это мало помогло. Эскадра выходила на внешний рейд в течение 3,5 часов. Несколько японских кораблей, дымя на горизонте, с рассвета наблюдали за действиями Русского Флота. В 08.15, после выхода на рейд броненосца «Полтава», на мачтах «Цесаревича» взвился сигнал: «Сняться с якоря и занять свои места в строю».

В 08.45 эскадра снялась с якоря, построилась и двинулась вслед за тралящим караваном в открытое море. В этот же момент на «Цесаревиче», который возглавлял колонну броненосцев, поднялся сигнал: «Приготовиться к бою», а в 09.00: «Флот извещается, что Государь-Император повелел идти во Владивосток». В 09.30 «Цесаревич» лег на курс S020°, а через час сигналом отпустил в Артур тралящий караван и канонерские лодки. Ведя эскадру, «Цесаревич» лег на курс S055° и увеличил ход до восьми узлов.

В 10.35 на «Цесаревиче» сломался рулевой привод, и броненосец, подняв сигнал: «Не могу управляться», круто вышел из строя. Эскадра уменьшила ход. Через несколько минут, исправив повреждение, «Цесаревич» снова занял место во главе эскадры. В десять часов «Цесаревич» приказал всей эскадре постепенно увеличить ход, начиная с десяти узлов, чтобы выяснить надежность заделки пробоины на «Ретвизане». Сам «Цесаревич» шел очень неровно, несколько раз то уменьшая, то увеличивая ход, в результате чего следовавшим за ним кораблям было очень трудно держаться в строю.

Нашедший незадолго до этого легкий туман начал рассеиваться, открыв в юго-восточной четверти горизонта японские корабли. Параллельно курсу нашей эскадры шел 3-й боевой отряд противника в составе броненосного крейсера «Якумо» и легких крейсеров «Касаги», «Читозе» и «Такасаго». Сзади и слева от эскадры шли корабли 5-го японского отряда. Около тридцати японских миноносцев охватывали русскую эскадру со всех сторон, выходя на ее курс. Строй русской эскадры сильно растянулся, и в 11.00 «Цесаревич» поднял сигнал: «Соблюдать расстояние». в 11.30 с востока появились главные силы японского флота, ведомые броненосцем «Миказа» под флагом адмирала Того. На мачтах «Цесаревича» запестрели флаги сигнала: «Новику занять место по диспозиции». Шедший в сторожевом охранении крейсер «Новик» вступил в кильватер крейсеру «Аскольд», оставив головным «Цесаревича». В 11.50 «Цесаревич» снова поднял сигнал: «Не могу управляться» и вышел из строя ремонтировать новую поломку в рулевом управлении. Через несколько минут флагманский броненосец исправил повреждение и снова занял свое место во главе эскадры, подняв сигнал: «Иметь тринадцать узлов хода».

Все это время по курсу «Цесаревича» шныряли миноносцы противника. Наблюдая за ними, начальник штаба эскадры контр-адмирал Матусевич заметил вправо по курсу на воде приспособление, с помощью которого японские миноносцы обычно сбрасывали мины. Считая, что миноносцы противника, ставя мины, случайно уронили это приспособление в воду, Матусевич приказал сигнальщикам следить за плавающими минами. В тот же момент одним из сигнальщиков была замечена мина. Вскоре командир «Цесаревича», капитан 1 ранга Иванов сам увидел по курсу броненосца два буйка замыкателей японских мин. Немедленно тревожными свистками и семафором эскадра была извещена об опасности. «Цесаревич» изменил курс, обходя мины. Следовавшие за ним корабли сделали то же самое — строй эскадры нарушился. В этот момент (12.20) с дистанции восемьдесят кабельтовых броненосный крейсер «Ниссин» начал пристрелку по «Цесаревичу» и сигналом сообщил дистанцию остальным кораблям 1-го боевого отряда.

Огонь противника сосредоточился на «Цесаревиче», однако, в первой фазе боя броненосец не получил опасных повреждений. Один 12" снаряд противника попал в правый борт «Цесаревича», причинив подводную пробоину, через которую корабль принял сто пятьдесят тонн воды, затопившей две междубортных отсека. Другим снарядом была разбита верхняя часть задней дымовой трубы. Крупным снарядом, попавшим в носовую часть «Цесаревича», сбило правый якорь, произведя большие разрушения на спардеке. 12" снаряд разорвался на крыше кормовой башни главного калибра, убив одного и ранив двух матросов в башне, а также, ранив матроса у дальномера на кормовом мостике. Два 12" снаряда попали в борт под кормовой 6" башней, пробив борт и уничтожив адмиральский салон. 6" снарядом, влетевшим в иллюминатор, было уничтожено помещение лазарета. От многочисленных японских перелетов рвались снасти, змеями развеваясь по ветру.

«Цесаревич» вел интенсивный ответный огонь, сосредоточив его на броненосце «Миказа». Однако, во всех башнях зарядка орудий сильно затруднялась из-за выхода газов в башню при открытии замков. Более одной перезарядки комендоры не могли выдержать, поэтому в башни была назначена смена из числа комендоров мелкой артиллерии. Смена проводилась после каждого залпа. Свободная смена прижималась к башне, спасаясь от осколков беспрерывно падающих японских снарядов. Невзирая на эти чудовищные для морского боя условия ведения огня, залпы с «Цесаревича» постоянно накрывали флагманский броненосец противника «Миказа», который получил более двадцати попаданий крупными снарядами.

Один из снарядов «Цесаревича», пронизав грот-мачту «Миказы», разорвался на спардеке, убив двенадцать человек и ранив пять. Другим снарядом, попавшим в кормовую башню главного калибра, было выведено из строя одно 12" орудие и убит один матрос. При этом было ранено восемнадцать человек, в том числе, и командир башни капитан-лейтенант принц Хироясу — член божественной императорской фамилии. [4] Крупный снаряд, разорвавшийся на мостике, убил офицера и шесть матросов, ранив шестнадцать человек, в том числе командира корабля, капитана 1 ранга Идзичи, и двух флаг-офицеров адмирала Того. Последующими попаданиями на японском флагмане было убито шестнадцать и ранено пятьдесят два человека.

Адмирал Витгефт руководил боем, находясь вместе со своим штабом на правом крыле ходового мостика, упорно отказываясь от предложения пойти в боевую рубку или, по крайней мере, на верхний мостик, где было безопасней. «Всё равно, где умирать,» — прервал доводы штабных адмирал Витгефт.

Около 13.20 расстояние между сражающимися эскадрами увеличилось и только концевые корабли продолжали вести бой. Адмирал Того, разойдясь контр-курсами с русской эскадрой, опоздал с поворотом вправо и, выполнив этот маневр, оказался за кормой русской эскадры. Таким образом, на первом этапе боя русским удалось прорваться, оставив противника за кормой. Адмирал Витгефт приказал ложиться на курс S062° по направлению к Корейскому проливу. На «Цесаревиче» взвился сигнал: «Больше ход!» Броненосец увеличил ход до четырнадцати узлов, но тут же пришлось его снова уменьшить, поскольку стали отставить концевые броненосцы «Севастополь» и «Полтава».