1894年，日军挑起了侵略朝鲜和中国的中日甲午战争。9月初，平壤吃紧，战火眼看就要烧到中国境内，李鸿章被迫增兵朝鲜。9月17日，海军提督丁汝昌率北洋舰队完成护送援军任务准备返回旅顺时，在鸭绿江口的大东沟黄海海面上与日本舰队遭遇，双方展开激战。这就是中日甲午战争中最为壮烈的黄海大战。史称“黄海海战”、“甲午海战”。
战斗刚一打响，主帅丁汝昌就身负重伤，舰队失去统一指挥。危急时刻，“致远”舰管带邓世昌挺身而出，担负起指挥舰队作战的重任。“致远”激战5小时后弹尽，在船体多处受伤的情况下，邓世昌驾舰全速撞向日本“吉野”舰，不幸被鱼雷击中，沉入海底，全舰官兵250余人壮烈殉国。
影响中国历史的100个细节之一橡皮老化让邓世昌壮志成空
关于“致远”舰的沉没，中日双方史料有如下记载：中方“镇远”舰枪炮官曹嘉祥和海军守备高承锡等参加黄海海战官弁的呈文，皆称“致远”等舰都是中炮沉没。日方川崎三郎《日清战史》第3卷的“汉纳根书信”中有一段话：“2300吨的护卫巡洋舰“致远”号，被日舰32厘米加农炮的榴弹击中吃水线，炮弹从舰体的一侧打穿到另一侧，军舰立即沉没海中。”
浅野正恭所写的《日清海战史》对“致远”舰的沉没作了记载：“一边游击队与“致远”战，“致远”忽出阵冲突“吉野”，于是“吉野”以纽状火药连弹装入快炮击之，密如雨下，三点三十分遂沉没。”也就是说，在日方记录中，日本联合舰队于整个黄海海战期间并未施放鱼雷。
致远号的沉没，出版于1895年的《普拉茨塞海军年鉴》对导致“ 致远” 舰沉没原因的记述较为合理：“ 日舰第一游击队见致远奋然挺进, 便以群炮萃于致远, 连连轰击。有数颗榴弹同时命中致远水线, 致使其舷旁鱼雷发射管内一枚鱼雷爆炸,右舷随即倾斜”。另外日舰用毫米口径巨型榴弹穿透了军舰水线下的两舷, 大量进水使损害管制很困难, 尤其是水密门因橡皮垫老化而邓世昌在战前曾多次提出换新而有关部门置之不理不起作用,最后导致海水迅速灌满各舱室, 这是很致命的。
战后, 海军官弁于光绪二十一年二月奉命总结海战失败之教训, 镇远舰枪炮官曹嘉祥等人呈文称“ 譬如致、靖两船, 请换截堵水门之橡皮, 年久破烂, 而不能修整, 故该船中炮不多时,立即沉没。 (《盛档· 甲午中日战争》下第401页) 如果及时跟换橡皮，那么致远号也许不会如此迅速沉没，邓世昌也不会壮志成空。
当时，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。