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“经远”等新式巡洋舰的回国，使得中国海防的实力大为增长。印证了很多人事前的猜测，这4艘龙旗猎猎的新军舰尚在飘扬过海回国途中时，主持海军衙门的醇亲王奕譞便已透露出要将其配属给北洋的意图。在闽台局势渐渐趋向缓和，加强台海防务的紧迫性已显得不再是过分突出的背景下，清政府随后明谕宣布，在欧洲购买的“经远”、“致远”级等新式军舰，划归控扼守护京畿门户的北洋海防使用，以加快北洋海军的建军步伐，醇亲王在这项决策幕后所起的影响可以想见。
光绪皇帝的生身父亲，原本对近代海军并无了解的醇亲王奕譞，在中法战争后，海防大受重视时受命担任海军衙门大臣。1885年巡阅北洋水师的经历，使得醇亲王对西式海军产生了印象极为深刻的感性认识，而通过与李鸿章的当面接触，也在这两位权倾一时的实力派人物间产生了某种默契。从那以后，醇亲王便成了近代海军在清政府****的有力靠山，他主政海军衙门的期间，也是中国近代海军建设成效较著的年代。
北洋海军正式建军前夕，醇亲王曾起草过一篇奏折，透露出他关于海军建设的某些心迹。奏稿中，醇亲王提议将南洋、广东，乃至船政舰队中较为现代化的军舰，一并归入北洋海军编制，这项提议显然会触及到太多方面的利益，因而最终并未真正誊写上奏，但由此却可以看出醇亲王对于北洋新式海军的倚重。清末北洋海军虽冠以地域色彩浓郁的北洋二字，但实际是当时中国唯一的一支国家海军。这点，从北洋海军水兵夏季军帽的黑飘带上就可以看出，飘带上面的文字是：“The Imperlal Chinese Navy”（大清帝国海军），而其他各支舰队则无此殊荣，都只是由地方财政建设、维持的地方武装力量而已。因而，醇亲王此种做法，从某种角度看，也可以理解为是为了抑制地方，强化****力量。
原本为加强台澎海防事务而订购的“经远”等新式军舰，于是被拨归北洋舰队，成为继“超勇”、 “济远”级之后的新一代一线主力巡洋舰。而曾一度被倚为海防干城的6艘“镇”字号蚊子船则陆续淡出，只维持2艘在海上服役，其余全部入坞封存，以节省经费。“经远”级装甲巡洋舰回国后的编队使用方法较为特殊，北洋海军实际是将这2艘军舰与在英国建造的“致远”级穹甲巡洋舰混合编队，共同使用的。可能是出于让两种不同设计思想的军舰达成互补，以发挥最大的作战效能，“经远”级军舰的厚甲、“致远”级军舰快腿相配合，确实相当实用，因而最终出现在世人眼前的是“经远”－“致远”；“来远”－“靖远”的独特组合，这种组合一再地在此后的历史中闪现，但编队规则非常明确——“来远” 从未单独与“致远”编队，而“经远”也没有出现过与“靖远” 搭配的情况。
1894年，农历甲午，中日两国间因朝鲜问题而燃起战火。9月16日，包括2艘“经远”级军舰在内的北洋海军主力，护送陆军前往鸭绿江口大东沟登陆。17日上午10时30分，正当完成护航任务的北洋舰队准备回航时，与突然出现的日本联合舰队主力遭遇，最终爆发了举世闻名的中日甲午黄海大战，中国的“经远”、“来远”号巡洋舰，作为参战的唯一一级新式装甲巡洋舰，为海战带来几分技术大检验的色彩，倍受各国海军界关注。
这场著名的雁行对长蛇之战接战伊始，“来远”与一直以来的编队姊妹“靖远”被配置在北洋舰队横阵的右翼，“经远”则和“致远”位于左翼，各自结为姊妹，互相应援。除2艘“定远”级铁甲舰外，这4艘新式巡洋舰成为了北洋战时队形的骨干力量。12：50，随着旗舰“定远”巨炮鸣响，黄海大战正式开始。成纵队而来的日本舰队，为了攻击中国右翼的2艘“超勇”级军舰，整个舰队开始航过北洋海军阵前，舷侧大面积暴露在中国舰队舰首方向的猛烈炮火下。下午一点左右，受北洋舰队横阵的冲击，以及己队航速快慢不一的影响，日本舰队阵形出现混乱，本队“松岛”等新型军舰为躲避“定远”级铁甲舰的猛烈炮火，而高速航向北洋海军阵形右侧，但是本队队末的 “扶桑”等4艘老式军舰航速较慢，被从大队分割出来，遭到“定远”、“镇远”以及装甲巡洋舰“经远”、“来远”等的集中打击。
没有辜负国家对装甲巡洋舰的期望，在管带邱宝仁的指挥下，“来远”舰表现出色。首先，向孤注一掷冲向北洋舰队，企图以最快的速度通过北洋阵列，与即将运动至北洋海军阵形后方的本队主力会合的日本军舰“比睿”发起攻击，“来远”舰上大批英勇的中国水兵和海军陆战队手持毛瑟枪和佩刀在甲板集结，准备跳帮俘虏业已被重创的这艘日本军舰，大有风帆时代海战的遗风。但“比睿”舰上的小速射炮疯狂开火压制“来远”舱面，5分钟内竟发射炮弹达1500余发，“来远”终于未能靠上去，浓烟翻滚的“比睿”侥幸逃脱了险境，在追击过程中，“来远”曾向“比睿”发射了2－3枚鱼雷，这是中国海军史上第一次将鱼雷应用于实战的战例，但是因当时的鱼雷射程过短，且被“比睿”的尾流所干扰，均未能命中。
此后，“来远”舰又向日本另一艘掉队的军舰“赤城”号发起攻击。“定远”、“经远”、“致远”等相邻的北洋海军军舰也纷纷赶来，准备配合俘虏“赤城”。在“来远”等舰的穷追猛击下，“赤城”舰弹药库爆炸，蒸汽管路遭到破坏，前炮台弹药供应断绝，舰长板垣八郎太也当场毙命，后又接连被“来远”打断主桅、打伤替补舰长。然而“赤城”舰表现得异常顽强，尽管遭到中国军舰围攻，但先是在800米距离上，以右舷炮击碎“来远”舰舰桥甲板，之后于14：20，用舰尾120mm火炮击中“来远”后甲板，引爆堆积在那里的炮弹，燃起灾难性的大火，而此时日本第一游击队“吉野”等新锐巡洋舰赶来支援，“来远”被迫停止了追击。
“来远”等舰追击“比睿”、“赤城”的过程达一个半小时之久，是黄海海战中北洋海军一次难得的积极攻击行动，尽管功亏一篑，未能创造大的战果，但战斗中体现出来的高昂士气和良好的战术素养，已足以说明北洋海军官兵的战斗素质了。
在第一阶段的主动出击后，由于受到日本舰队腹背夹击，加之在火炮数量和射速方面存在劣势，开战初期即失去统一指挥的北洋舰队陷入被动挨打的境地。15：04，旗舰“定远”舰首中弹燃起大火，浓烟遮蔽了整个军舰前部，致使前向火炮均无法瞄准射击，为保护身处险境的“定远”，左翼的“致远”舰毅然冲出阵列，用没有装甲防护的身躯为旗舰抵挡炮火。最后“定远”转危为安，重伤的“致远”则在向日本主力舰“吉野”发起冲撞的过程中不幸沉没。
“致远”沉没后不久，由方伯谦管带的“济远”开始，“济远”、“广甲”2舰先后逃离战场，北洋海军左翼彻底崩溃。原先与“致远”组队作战的“经远”，在“致远”沉没后不久，也一度向“吉野”发起冲击，但在一游的炮火中遭到重创，孤军奋战的“经远”被迫向浅水区撤退自救，尾随而来的日本第一游击队4艘装备大量速射炮的新式巡洋舰，随即对“经远”展开围攻。在装甲司令塔内指挥作战的管带林永升不幸“突中炮弹，脑裂死亡”，“经远”级军舰装甲司令塔观察窗上存在的弊端此时终于暴露出来了，接替指挥的大副陈荣与二副陈京莹也先后阵亡，这位年轻的二副曾在战前的家信中写下了令人动容的文字：“大丈夫以殁于战场为幸，但恨尽忠不能尽孝耳。双亲老矣，勿因丧子感伤以重儿罪。”
随着高级军官的纷纷阵亡，“经远”舰上失去了统一指挥，而日本第一游击队的攻击越发猛烈，“炮弹全部命中，电光四迸，火焰冲天”，舷侧装甲防护面积极有限的“经远”承受着当时世界最新式的4艘穹甲巡洋舰的集中打击，最终“舰体左舷倾斜，大火转到弹药库，随着轰然一声巨响，升起一道白烟”而沉没，全舰200多名官兵大都没有生还。“经远”号装甲巡洋舰在开战之前，由管带林永升下令撤除舢板，及连接上下舱的木梯，显示了背水一战、视死如归的坚定决心，海战过程中尽管遭到了日军优势炮火的聚攻，仍表现出了不屈不挠、前赴后继的可贵精神。对于勇战沉没的“经远”，日本海军也表现出了极高的敬意，称“敌军终未升起降旗，一直奋战，死而后已，当可瞑目海底”
“来远”舰舰尾燃起大火后，火势一直蔓延到了锅炉舱附近。在驾驶二副谢葆璋等率领下，全舰官兵奋力救火。为防止上甲板的火灾引向底舱，“来远“舰上通风管的上部风斗全部被紧急拆除，以至锅炉舱被大火包围而不能通风，温度上升至华氏200度（摄氏90度左右），俨若地狱，谢葆璋亲自督率在其中工作的官兵努力工作。此后“来远”与“靖远”结队驶至浅水区自救，后又返回战场，并一直战斗到了海战最后结束。
9月18日清晨，北洋舰队返回旅顺，当遍体鳞伤的“来远”入港时，围观的人群都在惊叹。这艘装甲巡洋舰，上层甲板及军官舱木制部分全部烧光，钢铁变形，整艘军舰只剩下骨架，而居然还能航行返回，这一奇迹无异是对装甲巡洋舰强大生存力的最好说明。由于旅顺船坞的工人、技术人员大都逃散，幸存的北洋军舰维修工作相当艰巨，迫于时局，重伤的“来远”只是草草修补后就又再度投入了作战行动。
摩天岭，是威海南帮诸炮台的制高点，甲午战争后期北洋海军退守刘公岛后，摩天岭即成为战略要点，紧急修筑了简易工事，并配属数门小口径行营炮。1895年1月30日，日本陆军第11旅团向摩天岭炮台发起攻击，计划先攻占摩天岭炮台，进而控制整个南帮炮台群。守卫炮台的陆军淮系巩军新右营数百名官兵与日军展开激战，日军3次攻上炮台，但都被打退，海湾里的“来远”舰也与“定远”等一起向陆军提供火力支援。最后终因众寡悬殊，守台的500余名中国陆军官兵全部壮烈牺牲，守军指挥官周家恩，腿部重伤，肠子流出腹外，但坚决不作俘虏，以惊人的毅力向西南艰难爬行了十余里后牺牲，尽管整个甲午战争中，中国陆军表现不如人意，但也不乏这样充满骨气和热血的英雄。
攻占摩天岭后，日本第11旅团司令大寺安纯少将登上炮台，俯瞰着威海南帮炮台群，洋洋得意地向随军记者讲述战功。然而就在此时，“来远”舰210mm主炮的一发炮弹命中摩天岭炮台，大寺安纯当场被飞散的弹片击毙，是为日本在甲午战争中阵亡军衔最高的军官。然而此后不久，2月6日凌晨，停泊在刘公岛铁码头东南方海面上的“来远”舰，被日本鱼雷艇“小鹰”号发射的鱼雷命中机舱，一直没能真正修复的舰体无法承受如此大的打击，很快便翻倒露出红色的船底，最终倾覆在威海湾里。“来远”轰击摩天岭的炮声，与马江之战中“扬武”沉没前的炮声何其相似，成了北洋海军的最后绝唱。
1895年2月17日下午4时，潇潇冷雨中，“康济”舰载着幸存的北洋海军官兵黯然离开刘公岛，北洋海军覆灭。作为战胜者的日本