1894年9月17日，“定远”号作为北洋舰队旗舰，带领大小十多艘战舰与日本联合舰队在黄海决战，该舰时任管带为刘步蟾，北洋水师提督丁汝昌亦在舰上指挥。战事一直由中午持续至下午5时，期间“定远”一直坚持作战，曾以主炮击中日本旗舰松岛号鱼雷舱，引爆弹药，当场炸死80余人，使其器械设备尽毁，被迫退出战斗。在战斗中，“定远”号中弹多达159发，舰上17人死，38人受伤；姊妹舰“镇远”号也中弹220发，舰上13人死，28人受伤。但二舰因其装甲坚厚，并无致命损伤，未失作战能力。最后黄海海战以北洋水师损失五艘战舰、日方五舰重创而结束。
黄海战役后，北洋舰队根据李鸿章“保船”命令，退入威海卫不再轻出，后被日联合舰队围困，最终成为“存在的舰队”。1894年11月14日“镇远”号在进港时因不慎触礁受伤，因旅顺船坞被日军攻占而无处修理，不能出海作战，管带林泰曾因此于次日夜自杀。“定远”舰于1895年2月4日夜被突入港内的日军鱼雷艇偷袭受伤，清军将“定远”移至浅滩搁浅，当作炮台使用。2月9日，登陆日军占领威海卫附近炮台，以岸炮击伤“定远”。10日，管带刘步蟾自杀前下令炸毁“定远”号，以免资敌，日军占领威海卫后，将坐沉港中的“定远”号上堪用武器、设备洗劫一空，并派工兵在其要害处设置炸药，将其彻底炸散。“定远”号部分残骸后由日本于1896年打捞，其舵轮被一名居住日本长崎的英国人作为咖啡桌，至今仍在日本。2月17日“镇远”舰被日军掳去编入日本舰队仍名“镇远”,成为日本海军的第一艘铁甲战列舰。
1904年2月6日日俄战争爆发后，“镇远”号随日本联合舰队第五舰队参加朝鲜海峡警备作战和旅顺口封锁作战，并参加了黄海海战、对马海峡海战。明治33年参加在神户举行的海上观舰式大校阅，1911年4月1日除籍改作靶舰，1912 年4月6日出售作废铁拆解，所得费用被用来修建江田岛海军兵学校的大礼堂，部分零件如船锚、锚链、炮弹被搬至东京上野公园内展示。二战后，国民政府向日本政府索回原属“镇远”号的遗物，于1947年5月18日从日本运抵中国上海，现存中国革命军事博物馆。
2002年12月22日，由中船重工第七○一研究所设计论证、威海市港务管理局投资建造定远舰的一比一复制品。仿制舰于2004年9月13日建造完成并下水，至2005年4月16日驶回威海港，当日还进行了海祭仪式，纪念甲午战争中抗击日军的北洋水师。
