山，护卫运兵船。24日晚5时半，正当“济远”、“广乙”等舰在协助陆军登陆时，前往仁川送交电报的“威远”带来日军已攻占朝鲜王宫的警讯，方伯谦遂下令武备薄弱的“威远”号练习舰立即返航回国，而“济远”、“广乙”则待陆军登陆完毕后从速开驶回华。

　　7月25日清晨4时，夜色尚未完全褪去，方伯谦指挥“济远”、“广乙”匆匆起锚，航向中国。5时半，“济远”桅盘内的哨兵发现西方地平线上出现几缕黑烟，随着时间推移，黑烟下的军舰渐渐清楚。7时整，哨兵已经分辨出高速驶来的是日本海军的“吉野”、“秋津洲”、“浪速”3艘实力强劲的穹甲巡洋舰，此时此地与日本舰队相遇，空气骤然紧张。

　　7时15分，方伯谦下令编队准备御敌，“济远”、“广乙”2舰上随即开始作战准备，随着军官们大声的口令，主炮上的缚定装置被松开，黑洞洞的炮管伸出炮门，弹药库里也忙碌起来，一颗颗巨大的炮弹、一个个包装着发射药的木筒通过复杂的扬弹装置，从甲板底层的弹药库里被提上甲板，军乐队的乐童们则两两组队，抬着弹药奔向那些无法从弹药库直接获取弹药的炮位。

　　当时日本舰队处于丰岛附近的狭窄航道，不利于展开作战，便向右偏转16.，向东航行。看见日本军舰掉头驶去，方伯谦和2舰上的官兵不由得松了口气，但很快，3艘日本军舰航行到开阔水域后，立刻又向左偏转16.，取势而来。7时43分30秒，日本编队旗舰“吉野”放一空炮，45分，“吉野”正式开火，炮弹落在中国军舰附近的海里，掀起阵阵水柱。52分，“济远”舰开始发炮还击，55分，“秋津洲”开火，56分，“浪速”开火，甲午战争中的丰岛海战就此打响。

　　尽管在吨位、航速、射速、火炮数量上均处于绝对劣势，中国2艘军舰仍奋勇还击，“济远”主炮多次命中日舰，桅盘上的水兵也在用小速射炮从高处扫射日本军舰舱面，然而开战后不久，“济远”设计中的一些弊端接连显现出来。首先是位于飞桥之上的司令塔，因为位置过于暴露，很快被弹片击中。在司令塔内指挥作战的大副沈寿昌头部被击中，当场牺牲。继而前主炮炮罩接连被击中，破片在闷罐式的炮罩内四处飞散、反弹，在炮台内督战的枪炮二副柯建章胸部中弹牺牲。接替他指挥的海军学校见习生黄承勋手臂又被打断，水兵准备抬他去包扎，这位年仅21岁的年轻军官高喊“尔等自有事，勿我顾也!”。旋即阵亡，整个前主炮台内官兵死伤枕藉，竟至火炮无法转动。跟随“济远”之后的“广乙”舰很快也加入战斗，一度逼近日本军舰，准备发射鱼雷，但因日方火力过于凶猛，以及战场烟雾弥漫，能见度差而未能成功。后被日舰重创，撤至朝鲜西海岸浅水区自毁。

　　“济远”管带方伯谦在此前的处置均无可异议，但从大副沈寿昌阵亡后，情况发生了转变。这位家产丰厚的将领，尽管是福州船政、英国格林威治海校的高材生，又在海军历练多年，但好学生未必就是好战士。可能在战斗初起时，他心中也涌动着成为海战英雄的豪情，但当大副的脑血溅洒在他身上时，战场的残酷、无情与可怖全部展现了出来。我们不知道此后方伯谦的心理发生了如何的变化，但8时20分，“济远”150炮发射的一枚未能爆炸的炮弹砸入“吉野”轮机舱后不久，“济远”开始转舵西撤，之后，不可思议的事情出现了，据日本《廿七八年航海日志》记载，“济远”的桅杆上竟升起一面白旗，随即竟又升起了一面日本海军旗（同样的描述也出现在了《东方兵事纪略》和“高升”号船长的回忆录里），这是任何国家海军都难以容忍的行径。不久，中国运兵轮“高升”号，以及运输舰“操江”号从远方驶来，撤退中的“济远”只是稍微降了一下高挂的日本旗后，便高速驶去。结果这2艘没有武装的船落入敌手，“操江”被俘，“高升”则被日军野蛮击沉，船上千余名陆军将士为国捐躯。在脱离战场的最后阶段，“济远”舰的水兵王国成、李仕茂等自发使用舰尾150毫米克虏伯炮，连续命中尾随追击的日舰“吉野”。此后，“济远”驶入浅水区，“吉野”吃水较深，担心搁浅，被迫转舵离去。在方伯谦审核上报的“济远”舰航海日志里，是这样记述的：“我船后台开四炮，皆中其要害，击伤倭船，并击死倭提督并员弁数十人，彼知难以抵御，故挂我国龙旗而奔”。这完全在捏造战果，首先，方伯谦声称击毙的“倭提督”即坪井航三毫发无伤，并参加了数月后的黄海海战；其次，“吉野”的航速高过“济远”，要跑要打主动权完全在“吉野”那边，“挂龙旗而奔”的描述实在荒唐。

　　回威海后，挂白旗及日本海军旗逃跑的丑事并未被揭露。海军提督丁汝昌根据方伯谦及“济远”舰上的水兵报告，为方伯谦等请奖。但信息较为灵通，且为人精明老道的李鸿章，从各处听闻到一些消息，开始对方伯谦产生怀疑。但是，清政府还是以“于牙山接仗时鏖战甚久，炮伤敌船，尚属得力”为由，嘉奖方伯谦。清流派甚至上了一道奏折，要求处死丁汝昌，改由方伯谦接管丁汝昌所带之船。挂白旗的逃跑将军，由于消息不畅，竟然一度几乎成了英雄。“聪明”的方伯谦又走了一步好运。

　　丰岛海战后，根据“济远”受伤的情况，盖在军舰首尾炮台上厚重封闭的穹盖式炮罩，被拆除，因为实战证明这种原本设计来抵御机关炮的炮罩厚度不够，对大口径炮弹没有防御能力，如果没有炮罩，大口径炮弹可能就会飞过，不会造成什么伤害，即使打中了人，也只是杀伤被打中的那名水兵而已，而采用了封闭炮罩以后，虽然防不了大口径炮弹，但却能防小的炮弹破片，一旦破片进入炮罩，因为钻不出去，就会在炮罩里面飞来飞去，给炮位上的人员造成严重杀伤。与“济远”同样使用穹盖炮罩的“定远”级军舰随即也做了改装。

　　随着朝鲜局势日趋紧张，1894年9月15日，丁汝昌率包括“济远”在内的北洋海军主力，护送运兵船前往鸭绿江口登陆，加强在朝的中国军队实力。9月17日中午，完成护航任务的北洋舰海军主力准备启航返回时，与日本海军主力遭遇。根据中国军舰的技术特点，丁汝昌下令全舰队以横阵迎战，“济远”舰被排列在横阵左翼的末端，向右依次为“广甲”、“