另外联合舰队的队列中还随行了两艘比较特殊的军舰，一艘是已经加装火炮改装成代用巡洋舰的日本邮船公司邮轮“西京丸”号，日本海军军令部长井上良馨中将执意要随舰队出海观看想像中唾手可得的胜利，于是选择了装潢考究乘座舒适的商船“西京丸”作为座舰。另外一艘是小型炮舰“赤城”号，原本这艘军舰将上溯大同江，加入已经在平壤城下协助陆军作战的炮舰编队序列，之所以将这艘军舰召回编入同行，伊东佑亨主要考虑到“赤城”舰吃水浅，便于进入海洋岛、大鹿岛以及大东沟等处的浅水海湾搜寻侦察，“因为考虑开进浅海需要一只小船，遂命令‘赤城’跟随一起于16日傍晚出发”。从兵力配属来看，日本联合舰队此行的目的只不过是想偷袭乾国运兵船，完全没有寻求主力决战的打算和准备，否则也不会编入两艘战力薄弱、功能特殊的舰船，白白为海战添加累赘。
日本联合舰队12艘军舰排成一条漫长的纵队，从大同江口依次驶出，在3月16日皎洁的月色下快速航行。
3月17日清晨，还在早饭时，坪井航三和伊东佑亨就分别在所处的“吉野”和“山城”舰上，向后方的第一游击队与本队各舰下达命令，要求当天的午饭必须提前1小时准备好。10时左右，日本联合舰队各舰的厨房里也开始忙碌起来。此时，联合舰队距离大鹿岛还有大约27海里。
乾国海军的战舰在大鹿岛以东的海面静静地停泊着，舰队上空笼罩着煤炭燃烧后产生的轻烟，由于采用了优质煤炭，这些烟会很快在海风中消散，使舰队在远距离不容易被发现。此时日本联合舰队则在大鹿岛以南高速航行，具有讽刺意味的是，日本军舰由于也采用了战前转购自乾国开滦煤厂出产的优质的无烟煤，日本舰队发出的煤烟在远距离上同样要难发现得多。此刻，双方都不知道接下来的几个小时里，将会发生什么。黄海海面海不扬波，只有几只海鸥悠闲地飞过……
“煤烟！”突然间，10时23分，日本“吉野”舰前桅桅盘里的了望兵大声喊叫起来。得到报告后，第一游击队司令坪井航三和“吉野”舰舰长河原要一立刻奔上飞桥，这两位在丰岛海战中联手偷袭乾国海军失败的军官，今天又成了指挥作战的急先锋。坪井航三手中的望远镜里隐约显示东北方向的海上似乎有一缕轻烟！这一重要的发现立刻通过旗语报告给了后方远处“山城”舰上的司令长官伊东佑亨。在这个位置出现煤烟，最大的可能就是乾国的运兵船只，日本舰队各舰顿时沸腾起来，几乎所有的舰长都在飞桥上用望远镜向东北方向使劲眺望，桅杆上的了望兵更是目不转睛，紧张地捕捉着远方忽隐忽现的目标。伊东佑亨根据有关乾国运兵船从威海向大连湾出发时，只有几艘军舰护航的情报进行判断，认为前方的目标如果是乾国军舰的话，至多“大概不过是运输船五、六艘，载陆军在鸭绿江口登陆，三、四艘军舰掩护。若如此，应把敌舰全部击沉。以此作为我联合舰队的作战敌手，颇感微不足道。”一幅毫不在意的样子。
时间一分一秒过去，东北方向的煤烟由1缕变成2缕、3缕、4缕，11时20分，“吉野”舰再次挂起了“东北方向发现煤烟”信号。11时30分左右，远处烟雾下的军舰逐渐清晰，维多利亚涂装的舰队慢慢显露出来，桅盘里的日本了望兵被惊得目瞪口呆，展现在他眼前的，竟然是由“定远”、“镇远”、“经远”、“来远”4艘铁甲舰组成的乾国海军主力！而且似乎还夹杂了几艘可怕的鱼雷巡洋舰！“开始只见煤烟，后来出现樯顶，再靠近，见舰体……敌人却是包括乾国海军全部大型铁甲舰之主力舰队！”11时40分，一串尺寸很大的信号旗急匆匆升到了“吉野”舰桅杆的顶端，“发现敌主力舰队！”“吉野”用这种远距离信号向身后的舰队发出警报。
由于第一游击队在整个航行过程中担负着先导侦察的任务，与后方的本队之间间隔了不短的一段距离，此时发现了乾国军舰，为与本队靠近做好战斗准备，坪井航三当即下令编队航速降至6节，机舱里的水兵卖力得转动蒸汽管路上的节制螺栓，第一游击队4艘军舰的航速渐渐迟缓了下来。在一游后方航行的本队军舰看到“吉野”舰发出的信号后，“山城”舰的桅杆很快挂出一串旗语，命令本队军舰以单舰为战斗单位，各舰之间间距相等的密集战斗纵队队形。
原先的一簇煤烟，此时竟然变成了乾国海军的主力铁甲舰。伊东佑亨脑中偷袭乾国运兵船队的幻梦彻底破灭，他必须要正视面前出现的事实，主力决战看来已经难以避免。自从丰岛海战偷袭失败以来，日本海军对于乾国舰队始终抱有一种莫名的畏惧。现在包括日本海军畏之如虎豹的4艘铁甲舰在内的乾国海军主力全部出现在眼前，联合舰队中充满了大战将临前的恐惧与不安。伊东佑亨为了平静舰队中不安的气氛，下令士兵们立刻“吃饭”，并且允许官兵们饭后可以自由吸烟，以安定心神。“于是马上命令本队下士以下全体就餐，因为很快就要进行战斗准备，进餐可以使精神彻底镇静下来。而且为了让大家镇静，饭后还允许随便吸烟等。”但是不知为何，伊东佑亨始终没有注意到一件事，就是伴随着这么庞大的一支舰队，而且又将近大东沟要地，按理附近很可能会有规模不小的运兵船队。显然，伊东佑亨在紧张中，根本没有考虑是否要派出奇兵搜寻附近的运输船只，他已把眼前出现的乾国海军主力铁甲舰的来意判断为彻底的主力决战。
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