1880年李鸿章为建设北洋水师而搜集人才，因邓世昌“熟悉管驾事宜，为水师中不易得之才”而将其调至北洋属下，先后担任“飞霆”、“镇南”蚊炮船管带。同年冬天北洋在英国定购的“扬威”、“超勇”两艘巡洋舰完工，丁汝昌水师官兵200余人赴英国接舰，邓世昌随往。1881年11月安然抵达大沽口，这是中国海军首次完成北大西洋——地中海——苏伊士运河——印度洋——西太平洋航线，大大增强了中国的国际影响，邓世昌因驾舰有功被清廷授予“勃勇巴图鲁”勇名，并被任命为“扬威”舰管带。
1887年春，邓世昌率队赴英国接收清政府向英、德订造的“致远”、“靖远”、“经远”、“来远”四艘巡洋舰，是年底回国。归途中，邓世昌沿徒安排舰队操演练习。因接舰有功，升副将，获加总兵衔，任“致远”舰管带。1888年，邓世昌以总兵记名简放，并加提督衔。是年10月，北洋海军正式组建成军，邓世昌升至中军中营副将，1891年，李鸿章检阅北洋海军，邓世昌因训练有功，获“葛尔萨巴图鲁”勇名。
1894年9月17日在大东沟海战中，邓世昌指挥“致远”舰奋勇作战，后在日舰围攻下，“致远”多处受伤全舰燃起大火，船身倾斜。邓世昌鼓励全舰官兵道：“吾辈从军卫国，早置生死于度外，今日之事，有死而已!”“倭舰专恃吉野，苟沉此舰，足以夺其气而成事”，毅然驾舰全速撞向日本主力舰“吉野”号右舷，决意与敌同归于尽。倭舰官兵见状大惊失色，集中炮火向“致远”射击，不幸一发炮弹击中“致远”舰的鱼雷发射管，管内鱼雷发生爆炸导致“致远”舰沉没。邓世昌坠落海中后，其随从以救生圈相救，被他拒绝，并说:“我立志杀敌报国，今死于海，义也，何求生为!”，所养的爱犬“太阳”亦游至其旁，口衔其臂以救，邓世昌誓与军舰共存亡，毅然按犬首入水，自己亦同沉没于波涛之中，与全舰官兵250余人一同壮烈殉国。
