1880年，邓世昌调往北洋舰队，派往英国接收护送“扬威”号巡洋舰回国。回国后，被任命为扬威号舰长。1887年，他再次被派往英国接收“致远”号，并被任命为该舰的舰长，他还被提升为北洋舰队副将（提督以下两级）。

参考资料译自：

Hummel, Arthur W. Sr., ed. (1943). "Index" . Eminent Chinese of the Ch'ing Period.

Paine, S.C.M. The Sino-Japanese War of 1894-1895: Perception, Power, and Primacy, 2003, Cambridge University Press

当时，邓世昌是北洋舰队中唯一没有在国外接受过教育或训练的管带。1891年，李鸿章视察北洋水师时，对邓世昌训练水兵的方式印象深刻，授予他“巴图鲁”的荣誉称号。

鸭绿江海战于 1894 年 9 月 17 日爆发，战斗初期，邓世昌对日本指挥舰“西京丸”号发起猛烈进攻，对其造成相当大的伤害，遭到吉野号、高千穗号、秋津洲号和浪速号的反击。日本巡洋舰环绕着致远号，与训练有素、使用陈旧大炮的中国炮手相比，他们的射击速度更快，命中率更高。

邓世昌命令致远号接近浪速号（中方记载为吉野号）并试图撞击它，但被浪速号或高千穗号发射的炮弹（或鱼类）击中，引发大规模爆炸，致远号随后迅速沉没。大约 245 名军官和船员随舰一起沉没。邓世昌拒绝救援，最终与他的宠物狗一起溺水身亡。

在战后的一次会议上，北洋舰队高层对邓世昌拒绝救援的决定表示强烈不满，认为邓世昌的行为虽然英勇，但结果不仅损失了巡洋舰，还损失了舰长。他们担心其他舰长会效仿邓世昌，轻易放弃自己的生命，因此制定了法条《海军惩教劝善章程》。李鸿章也与北洋舰队高层持有相同的观点，认为邓世昌拒绝救援而溺水的决定并不值得赞扬，并命令其他将领不要效仿。

尽管有这些负面观点，邓世昌的牺牲还是在中国各地激起了强烈的民族主义情绪。光绪帝一边擦着眼泪，一边写下诗词：“这一天，人民流泪，你的英勇行为，鼓舞了海军的士气（此日漫挥天下泪，有公足壮海军威）。”清政府还追赠邓世昌太子少保，入祀京师昭忠祠。

邓母获赠一块重1.5公斤的金匾，上面刻有“养儿育女”的字样，邓氏家属则获赠白银10万两作为抚恤金。邓家用这笔钱在老家建了一座邓家祠堂。抗日战争期间，由于日本人对邓世昌的尊重和钦佩，昭忠祠没有被破坏。

参考资料译自：

Hummel, Arthur W. Sr., ed. (1943). "Index" . Eminent Chinese of the Ch'ing Period.

Paine, S.C.M. The Sino-Japanese War of 1894-1895: Perception, Power, and Primacy, 2003, Cambridge University Press