После возвращения на Балтику «Аврора» была включена в состав 2-ой эскадры Флота Тихого океана, которая должна была отправиться как можно скорее во Владивосток, чтобы, во-первых, помочь кораблям 1-ой Тихоокеанской эскадры, и, во-вторых, разбить японский флот и установить господство в Японском море. Крейсер поступил под командование вице-адмирала З. П. Рожественского, и 2 октября 1904 г. в составе его соединения покинул Либаву, тем самым начав длительный переход на Тихий океан.
7 октября крейсер и его соединение почти достигли берегов Великобритании, которая являлась политическим противником России в борьбе с Японией и союзником последней, — поэтому З. П. Рожественский приказал привести все корабли в состояние повышенной боевой готовности. В районе Доггер-Банки соединение обнаружило неопознанные суда (оказавшиеся британскими рыболовецкими судами) и обстреляло их. Причём под огонь броненосцев попали также «Аврора» и «Дмитрий Донской». Этот так называемый Гулльский инцидент вызвал в итоге крупный международный скандал.

К 1 маю 1905 г. эскадра З. П. Рожественского достигла бухты Ван-Фонг, откуда вышла в последний переход к Владивостоку. Ночью 14 мая 50 кораблей соединения вошли в Корейский пролив, где несколькими часами позже произошло Цусимское сражение. В ходе этого сражения «Аврора» действовала в составе Крейсерского отряда контр-адмирала О. А. Энквиста. Из-за выбранного З. П. Рожественским построения кораблей «Аврора», как и прочие крейсера своего соединения, в первые 45 мин сражения (с 13 ч. 45 мин. до 14 ч. 30 мин.) участия не принимала. К 14 ч. 30 мин. девять японских крейсеров выбрали своими целями транспортные корабли русской эскадры, и «Аврора» вместе с флагманским крейсером «Олег» вступили с ними в бой. По мере возможности им также помогали «Владимир Мономах», «Дмитрий Донской» и «Светлана». Однако разгром русской эскадры был уже неизбежен. С наступлением ночи 15 мая разрозненные корабли русской эскадры предприняли отдельные попытки прорыва во Владивосток. Так, «Аврора», «Олег» и «Жемчуг» предприняли такие попытки, но неуспешно. Уклоняясь от торпедных атак японских миноносцев, эти корабли получили приказ О. А. Энквиста повернуть на юг, тем самым покинуть зону боя и Корейский пролив. К 21 мая эти три крейсера с почти закончившимися запасами топлива смогли достичь Филиппинских островов, где в порту Манила были интернированы американцами. Во время Цусимского сражения «Аврора» получила серьёзные повреждения; 10 человек экипажа было убито, ещё 80 — ранено. Единственным погибшим в бою офицером крейсера оказался его командир капитан 1-го ранга Е. Г. Егорьев.

Находясь в Маниле в течение четырёх месяцев, экипаж «Авроры» своими силами проводил ремонтно-восстановительные работы. 10 октября 1905 г., получив сообщение об окончании войны с Японией, на крейсере был вновь поднят Андреевский флаг и гюйс; американцы возвратили ранее сданные орудийные замки. Получив предписание вернуться на Балтику, «Аврора» достигла Либавы 19 февраля 1906 г. Здесь прошло освидетельствование состояния корабля. После этого силами Франко-Русского, Обуховского заводов и Кронштадского военного порта прошёл ремонт крейсера и его артиллерийского вооружения. Уже в 1907 — 1908 гг. «Аврора» смогла принять участие в учебных плаваниях.
Примечательно, что отечественные военно-морские конструкторы ещё в 1906 г., т.е. когда «Аврора» только вернулась в Либаву, оценили новый качественный уровень развития кораблестроения других стран. Главным инспектором кораблестроения К. К. Ратником было составлено предложение с целью изучения новинки того времени — турбинного двигателя — воздержаться от немедленной постройки крупных кораблей с такой энергетической установкой, а установить их на «Аврору» и «Диану» либо построить крейсер водоизмещением до 5000 т по типу крейсера «Новик». Однако это предложение выполнено не было.
Когда в сентябре 1907 г. была введена новая классификация кораблей российского флота, то согласно ей (крейсера теперь подразделялись на броненосные крейсера и крейсера, а не по рангам и в зависимости от системы бронирования) «Аврора», равно как и «Диана», была отнесена к крейсерам.
В 1909 г. «Диана» (флагман), «Аврора» и «Богатырь» были включены в состав «Отряда судов, назначенных для плавания с корабельными гардемаринами», и после высочайшего смотра Николаем II отправились 1 октября 1909 г. в Средиземное море, в акватории которого находились до марта 1910 г. За это время было проведено множество различных учений и занятий. 1911 — 1913 гг. «Аврора» оставалась учебным кораблём, совершив дальние плавания в Таиланд, на о. Ява.