Около трех часов утра пятого июля, когда уже повернули от северных Готских островов к Цусиме, станция беспроволочного телеграфа «Олега» начала принимать шифрованные японские телеграммы. Их становилось все больше, а передатчик был где-то совсем рядом. Сигнальные вахты были заменены и удвоены, орудия заряжены. Все так же временами находил дождь, резко сокращавший и без того плохую видимость. Вокруг никого не было. Так шли до рассвета.

Едва начало светать, дождь кончился. С юга шла тяжелая океанская зыбь, порывистый юго-восточный ветер слабел. Вдруг в 03:51 позади правого траверза всего в 15 кабельтовых были обнаружены силуэты двух одинаковых однотрубных двухмачтовых кораблей, шедших параллельным курсом.

Примерно в 02:30 с «Нанива» и «Такачихо», шедших на усиление японских дозоров у Симоносекского пролива, в разрыве дождевых шквалов на кормовых углах левого борта был обнаружен трехтрубный крейсер, пробиравшийся на север-северо-запад от острова Ошима. Контр-адмирал Уриу приказал развернуться и ложиться на параллельный курс, приготовившись к бою. Вскоре русского снова удалось обнаружить и надежно опознать. Это был бронепалубный башенный крейсер «Олег» или «Богатырь». Об этом тут же отправили шифрованную телеграмму, получив приказ следить за ним и сообщать о его маневрах. Почти до самого рассвета, скрываясь от русских за их же дымом, «Нанива» и «Такачихо» вели наблюдение.

Обнаружив и опознав японцев, «Олег» первым открыл огонь, стреляя носовыми плутонгами по головному «Наниве», а кормовыми по «Такачихо». Японцы ответили, начав подрезать корму, чтобы поставить русский крейсер под продольный огонь.

Видимость быстро улучшалась, но над водой пока еще держалась дымка. Ветер разгонял остатки ночной сырости и тумана. Вскоре начались попадания с обеих сторон. «Олег» был вынужден часто менять курс, чтобы не позволить японцам громить себя с острых кормовых углов. Тогда в 04:10 японцы разделились. «Нанива» остался висеть на правом траверзе, ведя частый огонь всем бортом, а «Такачихо» начал уходить под корму, стреляя носовыми залпами.

До мыса Коозаки оставалось всего восемь миль, но боевое маневрирование увело русский крейсер много восточнее. Японский перекрестный обстрел был очень мощным и эффективным. Русские пушки замолкали одна за другой. Полноценно отвечать «Олег» мог только «Наниве», обстреливая вертевшегося за кормой «Такачихо» лишь из кормовой башни, стрелявшей заметно реже казематных и палубных пушек.

«Нанива» тоже получал попадания, и его огонь несколько ослаб, но увеличивать дистанцию японцы не спешили, стремясь нанести максимальный ущерб. В 04:22 «Олег» получил попадание 152-миллиметрового снаряда в корму, от чего нарушилась работа телемотора рулевого привода, и крейсер покатился в неуправляемую циркуляцию вправо, прямо на «Наниву».

Японцы сначала приняли это за попытку тарана, начав маневр уклонения. Но быстро разобрались, в чем дело, вернувшись на прежний курс, резко усилив обстрел и начав приближаться. Попадания в «Олега» участились, начались пожары. В то время как русским комендорам стрелять в продолжающемся развороте было затруднительно.

Починить руль удалось лишь через десять минут, когда крейсер описал полный круг. Для исправления повреждения истратили три пуда глицерина, залив его в восстановленную магистраль. Положение было критическим. Носовую башню заклинило, кормовая действовала только на ручном управлении. Половина палубных и казематных пушек вышла из строя, начались сильные пожары в корме и на рострах. А японцы все наседали. Из-за пробоин в трубах упала тяга, и ход снизился до десяти узлов. Крейсер с большим трудом мог управляться.