1894年9月17日，日本舰队突然袭击中国舰队，一场海战打响了，这就是黄海大战。战中，担任指挥的旗舰被击伤，大旗被击落，邓世昌立即下令在自己的舰上升起旗帜，吸引住敌舰。他指挥的致远号在战斗中最英勇，前后火炮一齐开火，连连击中日舰。日舰包围过来，致远号受了重伤，开始倾斜，炮弹也打光了。邓世昌感到最后时刻到了，对部下说：“我们就是死，也要死出中国海军的威风，报国的时刻到了！”他下令开足马力向日舰吉野号冲过去，要和它同归于尽，这大无畏的气概把日本人吓呆了。
这时，一发炮弹不幸击中“致远”舰的鱼雷发射管，使管内鱼雷发生爆炸导致“致远”舰沉没。200多名官兵大部分牺牲。邓世昌坠身入海，随从抛给他救生圈，他执意不接，爱犬“太阳”飞速游来，衔住他的衣服，使他无法下沉。可他见部下都没有生还，狠了狠心，将爱犬按入水中，一起沉入碧波，献出了宝贵的生命，享年45岁。
邓世昌牺牲后举国震动，光绪帝垂泪撰联“此日漫挥天下泪，有公足壮海军威”，并赐予邓世昌“壮节公”谥号，追封“太子少保”，入祀京师昭忠祠，御笔亲撰祭文、碑文各一篇。李鸿章在《奏请优恤大东沟海军阵亡各员折》中为其表功，说：“……而邓世昌、刘步蟾等之功亦不可没者也”。清廷还赐给邓母一块用1.5公斤黄金制成的“教子有方”大匾，拨给邓家白银10万两以示抚恤。邓家用此款在原籍广东番禺为邓世昌修了衣冠冢，建起邓氏宗祠。威海卫百姓感其忠烈，也于1899年在成山上为邓世昌塑像建祠，以志永久敬仰。1996年12月28日，中国人民解放军海军命名新式远洋综合训练舰为“世昌”舰，以示纪念。
但在甲午战争中，因为清政府的腐败和不抵抗，使得威海卫战役中北洋水师全军覆没，只能使他空遗千古恨。
