d，第二游击队与第三游击队入港协助6军卸载，而本队和第一游击队则集中在曾经生过丰岛海战的南阳湾外驻泊守护。为确保登6行动的安全，期间伊东佑亨还派出第一游击队前往乾国威海一带，侦察乾国海军的动向，并以此牵制乾国海军行动，造成有日本军舰在渤海内外觊觎的假相，使得乾国海军不能远离渤海威胁日军登6。月14日，即乾国海军主力护送5艘运兵船从威海前往大连湾的当，日本联合舰队也从南阳湾锚地出，应6军的要求于15日日本6军对平壤动进攻当，集中至大同江口设防，以防备乾国海军从濒海方向进入大同江，进而威胁正在进攻平壤的日本6军。派往乾国侦察的第一游击队则在对成山头一带进行游弋以后，也准时于当到达大同江会合。
与丰岛海战之前，有关乾国运兵船出时序的绝密情报被泄漏的事件一样，令人难以想像的是，就在乾国海军护送运兵船从威海航向大连湾的第二，日本联合舰队即获得了一连串的相关情报：“十五日抵达大同江获悉大孤山海上大鹿岛敌军警戒甚严”，“大鸟公使日本驻朝鲜公使大鸟圭介也拍来电报称，乾队取海路前来朝鲜，估计要在大鹿岛一带登6”，“在暗中侦察敌情时，现鸭绿江之乾国一侧有一个叫大东沟的港，其附近形势非常值得警惕”。但乾国海军提督丁禹廷刻意施下计谋，乾国海军14日从威海护送运兵船前往大连湾时，只派出了“宁远”、“济远”、“海鲲”、“海鹏”4艘战舰以及“镇中”、“镇边”号蚊子船和“福龙”、“福虎”号鱼雷艇随行护航，而包括4艘大型铁甲舰在内的乾国海军主力则在丁禹廷率领下开向了成山头方向，表面上使人产生乾国此次护航兵力不强的假相，实际这支主力在到达成山头后立刻改道，也急航向大连湾，与护航舰队会合。受乾国海军分兵这一假相蒙蔽，日本联合舰队直到此后与乾国海军主力遭遇时，都一直误认为乾国护航大东沟的军舰只是“宁远”、“济远”等区区4艘军舰而已。
月16日下午时，乾国护航编队在大东沟忙于进行登6时，大同江江口的日本联合舰队完成了补给作业，由运输船运来的弹药、无烟煤以及淡水食品，塞满了各舰的船舱。下午5时，伊东佑亨亲率舰队启航，第一步的目标为控扼在旅顺通向大东沟航线中途的必经之地海洋岛，意图由此截断乾国运兵船的归路，再向大东沟一带逐渐推进搜寻，袭击乾国运兵船只。由于认为乾国护航舰队弱，根本没有想到可能会遇到乾国海军的主力，因而联合舰队并没有如同佯攻威海卫时那样出动全部兵力，而是派出了第一游击队“吉野”、“高千穗”、“秋津洲”、“浪”4艘巡洋舰，和由铁甲舰“山城”、“扶桑”为主力，加上“松岛”、“严岛”、“桥立”艘重炮巡洋舰和装甲巡洋舰“千代田”组成的本队。
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6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船，遂命令赤城跟随一起于16日傍晚出”。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1艘军舰排成一条漫长的纵队，从大同江口依次驶出，在月16日皎洁的月色下快航行。
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，要求当的午饭必须提前1时准备好。1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7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现。此时日本联合舰队则在大鹿岛以南高航行，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，日本舰队出的煤烟在远距离上同样要难现得多。此刻，双方都不知道接下来的几个时里，将会生什么。黄海海面海不扬波，只有几只海鸥悠闲地飞过
“煤烟”突然间，1时分，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舰的话，至多“大概不过是运输船五、六艘，载6军在鸭绿江口登6，三、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缕变成缕、缕、4缕，11时分，“吉野”舰再次挂起了“东北方向现煤烟”信号。11时分左右，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4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，“现敌主力舰队”“吉野”用这种远距离信号向身后的舰队出警报。
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，此时现了乾舰，为与本队靠近做好战斗准备，坪井航三当即下令编队航降至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艘军舰的航渐渐迟缓了下来。在一游后方航行的本队军舰看到“吉野”舰出的信号后，“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。
差不多同时，与乾国舰队旗舰“定远”并列停泊的“镇远”舰上，前桅杆上部桅盘里的一名了望兵注意到西南方的那丛烟柱附近，更多的烟柱开始出现，近尔猛然现烟柱下的全是涂装成白色的日本军舰“远处望见敌舰煤烟”
得到警报，“镇远”舰管带杨用霖很快与美籍洋员马吉芬、帮带大副柯建章等跑上飞桥了望，在确认无误后，“镇远”舰上很快升起旗语，向全舰队通报这一情况。而几乎与此同时，其他乾舰桅杆上的了望兵也都现了西南方向的情况，各舰管带都到了飞桥上观看，战斗警报响彻乾国舰队上空。