Podczas wojny japońsko-rosyjskiej wszystkie trzy pancerniki brały udział w walkach z japońską flotą pod Port Artur, a następnie w obronie twierdzy. Podczas rozpoczynającego wojnę ataku japońskich torpedowców w nocy z 8 na 9 lutego 1904 nie odniosły uszkodzeń. 9 lutego (27 stycznia) wzięły udział w starciu z podchodzącymi głównymi siłami japońskiej floty, podczas której wszystkie trzy zostały powierzchownie uszkodzone kilkoma pociskami, zwłaszcza „Połtawa”. Od 9 marca (24 lutego) przybył nowy energiczny dowódca eskadry – wiceadm. Stiepan Makarow, który od 12 marca podniósł flagę na „Pietropawłowsku”. 11 marca „Sewastopol” odniósł niewielkie uszkodzenia podczas ostrzału bazy przez japońskie okręty ogniem pośrednim. 22 marca podczas ponownego ostrzeliwania Port Artur przez japońskie siły główne, pancerniki odpowiadały ogniem pośrednim zza masywu górskiego. 26 marca „Sewastopol” został uszkodzony w kolizji przez pancernik „Pierieswiet”, z winy dowódcy Sewastopola N. Czernyszewa, który został po tym zastąpiony przez komandora Nikołaja Essena.