戰列艦則在一艘驅逐艦的伴隨下，以15節的航速緩慢地跟進。
由於中國艦隊提高了航速，以22節的速度前往與補給船會合，所以中日艦隊的距離開始逐漸變大。本個小時後，中國艦隊的瞭望已經看到了補給船的桅杆，此時，飛向西方的偵察機也發回了日國艦隊蹤跡的報告。報告聲稱：發現兩艘日國戰列艦及4艘巡洋艦，同時在其後20海里的地方，又有一艘戰列艦和一艘驅逐艦，航速超過20節。此時，雙方艦隊相距約85海里。黃建勳眉頭緊鎖，這與自己之前得到的訊息完全不一樣，他沒想到日本竟會派出這麼強實力的護航編隊。
這支神秘的中國艦隊由帝國海軍中將黃建勳統領，此時的心中正在懊惱，他所帶領的艦隊由於是臨時接到的緊急任務，為了在規定的時間內到達指定的香港海域，不得不暫時放棄了彈藥裝備，以增強最大航速，但從馬尾剛剛來到香港海域，還沒來得及進行彈藥補給的時候，就被日本人發現了蹤跡。這樣的話，整個計劃很有可能會全盤傾覆。現在最需要的時間！
他暗自計算著，要補齊兩艘主力戰艦的全部彈藥，約需5個小時的時間，此時，雙方相距就只有10海里左右，完全處於日艦的艦炮射程內。那麼6艘航速極慢的補給船將會陷於戰火，極有可能被擊沉，同時，敵方偵察艇戰群會以最快的速度奔襲過來，給這次彈藥補給造成更大的麻煩。幾個小時後，天色又將會完全暗下來，另一艘補給完畢的戰列艦完全可以透過偷襲日本油輪來取得海戰的勝利。而且，就算日本艦隊知道了中國有兩艘戰列艦，那麼也需要其中的一艘軍艦用於牽制日本艦隊，以便另一艘破交艦完成補給作業。於是他作出了一個決定：“重慶”艦先進行補給作業，補給完後立即掉頭攔截敵方艦隊。
在高速的行進當中，數艘小船不斷地來往於戰列艦與補給船之間，將補給船上的拖纜送到戰列艦上，固定好後，再將5發炮彈一箱的木箱一個一個地用纜繩從船上拉到艦上。開啟木箱後，水兵們再將炮彈橫放，向每個炮塔滾動。然後，再透過手動葫蘆（即滑輪組）將炮彈一枚一枚地吊進彈藥艙。超過3個小時的緊張工作，“重慶”艦上的主、副炮彈藥才全部補齊。隨後，立即掉頭向日本艦隊殺去。
天色已經暗了下來，一直以為中國艦隊正在奪路狂奔的日本艦隊，根本沒有想到中國軍艦會主動發起進攻，也由於身負保衛油輪的重任，並不敢主動去追擊。
到了晚上7點，艦身橫側佔據“T”字頭的“重慶”號巡洋艦，在突前的“桂林”號驅逐艦發射的數顆照明彈的照明下，向敵方艦隊中的“陸奧”號戰列艦進行了首次齊射。9枚285毫米炮彈在“陸奧”號四周激起了高高的水柱。日本艦隊還沒有來得及發射照明彈，只能透過“重慶”艦上主炮發出的火光進行大致瞄準。在“重慶”艦進行了三次齊射後，“陸奧”號和“霧島”號才將艦身橫側過來，進行了第一次齊射。
5分鐘後，“重慶”艦的第4次齊射終於擊中了“陸奧”號戰列艦，一枚295毫米穿甲彈炸燬了“陸奧”號上高大艦橋上的3米射擊指揮儀，一下子就使“陸奧”號上的主炮射擊精度降到了極低的水平上。當然“重慶”艦上也被數枚140毫米、120毫米炮彈命中，但所幸，“重慶”艦“皮糙肉厚”，並沒有造成實質性的傷害。不過，“霧島”號上的8門295毫米主炮卻給“重慶”艦帶來極大的威脅。一枚炮彈甚至將艦體後部的兩塊裝甲板崩落。
黃建勳意識到沒有被擊中射擊指揮儀的“霧島”號才是目前最大的威脅，立即下令所有主炮對準“霧島”號進行攻擊。此時，雙方的照明彈都打在了對方艦隊的上空，彼此都能一目瞭然地看到對方各種機動。
晚8點30分，“重慶”艦的第9次齊射似乎準頭極高，有兩枚炮彈命中了“霧島