而后的战斗，由于早苗号已主动退出避战，距离拉远，加上被远处赶来的驱逐的瞄准射击，意识到已不大可能击沉早苗号的李华梅也下令掉转炮口，对准取代早苗号逼近的吴竹号。
赶来的吴竹号此时距瑞金号约有一万七千米，无心恋战的李华梅引导平海号和瑞金号着对着他在两分钟内倾泄上百发炮弹，平海命中一弹，瑞金号命中三弹，直打得该舰舰头进水，身上冒火，速度大减，被迫转进规避炮火，也不敢继续追击，其间，平海号上也挨了一发吴竹号打过来的120毫米炮弹——这纯粹是人品爆发蒙中的。这发炮弹打在中前部的救生艇上，炸坏了一些舰上的设施，并导至两名水兵阵亡多人负伤。
平海号和瑞金号仗着有般魂李华梅撑腰，发挥出“不科学”的夜间射击技术，也给了余下稍后的两艘日舰重创。他们最初死死地紧追在后，仗着三十节的速度优势追击着只有二十节速度的两舰，不断逼近，双方隔着超过一万七千米的距离开始互相发炮。
在几分钟的炮战中，双方互朝对方的头上倾泄了数百发炮弹。然而双方军舰的毛病都相同，皆是重心太高，在恶劣的海况中射击命中率都极糟糕。平海号最大的问题是，在其两千五百吨标重的小小舰身上堆积了太多的火炮。尽管在出航前特地将所有于夜战无用的高炮全部撤下，降低重心以改善这个缺陷，但还是很严重。瑞金号就更不必说了，其本就是浅水炮舰，尽管主炮为为适应海上作战而安装了陀螺仪，但该舰在近海中也是颠簸得极厉害，大大影响命中精度。
好在这是一场“比烂”的炮战，日本人的情况比起两舰好不到哪去。
日本驱逐舰，其轻视航海性，舰上堆积过多火炮导致重心过高的毛病同样严重，在能见度极差的雨夜里，舰身摇晃厉害，即使有照明弹相助，但打向两舰的炮弹也是偏差得离谱，六分钟的炮击中居然没有一发命中，倒是自己身上各挨了对手数炮，其中一舰在追至一千四百米处时，舰首主炮被瑞金号一炮命中，并引爆了旁边堆积的发射药包殉爆，顿时造成舰首大破。而后其舰首鱼雷舱又挨了一发平海号打出的炮弹，炮弹在鱼雷舱内爆炸。
也幸好此番前往上海，百吾源武司令官认为脆弱的中国海军根本“无舰可打”，出航前下令卸下了所有军舰上的鱼雷以腾出空间挪作他用，这道指令使得该舰幸运地脱过一劫，只是待在鱼雷舱里海军陆战队士兵就倒了大霉 ，几乎被这发炮弹一炮清空。
这一击后，该舰也因舰首进水，速度开始减慢。而该舰仍然死性不改的死命追赶着平海和瑞金两舰，直至又挨了两炮，舰首残余的火炮全被打哑，这才不甘地放弃。
最后一艘日本驱逐舰春风号趁着瑞金平海两舰注意力全被队友吸引，逼近到距离两舰一万米的距离，在这个距离上该舰命中率大增，一分钟内射出的两发炮弹先后击中平海号尾部，打哑了平海号的尾炮。但很快平海号和瑞金也调转炮口还以颜色，两分钟内连续命中其五弹，打得春风号全身是洞，周身冒火，进水无数，被迫放弃了追击。
而后，由于位于出云号队列的的龙田、天龙两艘轻巡洋舰也已逼近到两万米内的距离，瑞金号自知脆皮，防护全靠MISS，不能扛打。而平海号也损失了三分一的火力，也无力和整个舰队对抗，于是遗憾地放过了给重创的春风号补枪，发出最致命一击的机会，朝近在眼前的长江口驶去。
不过在驶往长江口的路上，滞后的瑞金号，还是在用尾炮不甘地向春风号不停地射击，春风号也不知道踩了什么狗屎运，在最后一分半钟脱离前的炮战中，他又中了瑞金号四炮，舰上的火炮全被打哑，指挥室被瑞金号一炮命中，舰长、大副当场毙命。但是该舰的弹药库和轮机舱这两个要害部分居然奇迹般地安然无恙。尽管进水无数，但由于损管得力，还是吊住一命浮在了海面上。
余下的时间，赶至的第三舰队主力，在接收了残破的四艘驱逐舰后，由于担心红军布在长江口的水雷阵，又怀疑前方另有鱼雷艇埋伏，也未继续追击，大战就此结束。
六月十六日夜间炮战就此结束，日本第三舰队沉没了一艘驱逐舰，出云号装甲巡洋舰被重创，四艘追击的驱逐舰也各自中弹多枚，人员伤亡更是惨重，包括中雷沉没的驱逐舰上的水兵和海军陆战队成员，死亡人数超过四百，可谓是一边倒的惨败。
而新生的红海军，仅仅只是损失了平海上的尾炮，十二人牺牲，十余人受伤。
自甲午战争之后，沉沦多年的中国海军，终于在六月十六日这一天扬眉吐气了一番。
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