日軍經過休整補充以後，又大舉進攻台南。劉永福的軍隊在安平口轟擊日艦，展開了台南的抗日戰鬥。
劉永福的軍隊在缺乏糧餉和武器補充的情況下，仍然堅持抵抗日軍的南侵，體現了中國人民不願屈服於日本侵略者，誓死守土的大無畏民族精神。此前嘉義的戰鬥，已是一個鐵一般的例證。日軍瘋狂進攻嘉義縣，守將徐驤和王德標率領全城的軍民，與日軍激戰。徐驤自己親上城頭督戰，不幸犧牲。嘉義城被日軍攻下以後，軍民繼續與日軍展開巷戰，守將王德標也奮戰陣亡。日本近衛師團長北白川宮能久親王，在這一戰役中被嘉義軍民打死。
自嘉義失守後，台南已無險可守，大勢已去。鑒於當時的形勢，劉永福於是準備離開。他最初在安平炮台豎起白旗，希望日軍停止進攻，接著又通過英國駐台南領事歐思納，要求派船把他和所屬的部隊送回中國內地，卻遭到英國領事的拒絕（範文瀾在《中國近代史》又有另一種說法：“日軍令劉永福到牧野旗艦上麵商討投降條件，永福將往，被部屬攔阻，投降未成。”）。九月初二（陽曆10月19日），劉永福帶著兒子劉成良，化裝後乘英國輪船“多列士”號逃離台灣安平，回到廈門。台灣全島至此為日本所占領。
劉永福早年是黑旗軍著名的將領，曾在越南叱吒風雲，多次打敗法國侵略軍，名噪一時。在台灣領導抗日保台的戰爭中，應該說他也有功績和貢獻。特別在唐景崧、丘逢甲等逃離台灣以後，劉永福軍隊仍堅持與日軍作戰，也有他可貴可敬之處。可是，他在最後一刻準備投降，以後又丟下所部返回大陸，也受到曆史上諸多的非議與責備。然而，從台灣當時的形勢看，到了那時候要想繼續堅持抵抗日軍，保衛台灣，在客觀上也確實是不容易做到。
劉永福當然有可議可責之處。但史家往往遠離戰場，紙上談兵，對內無糧餉武器接濟，外無政府支持的劉永福肆意指責和批評，也不一定公平和恰當。
日本侵略者雖然占領了整個台灣島，但在英勇的軍民抗拒麵前，也付出了沉重的代價。日本這次侵占台灣，動員了兩個半師團，約五萬名日軍，軍伕二萬六千名，馬九千四百多匹。動用的軍隊占日本陸軍總數七個師團的三分之一多。並且出動了大半數的日本海軍軍艦，盡了九牛二虎之力，才攻占了台灣。
據日人喜安幸夫在《台灣抗日秘史》中統計：“僅在進入九月下旬，整個師團將兵健康者竟未到五分之一。死於瘧疾者多達四千六百四十二名，收容在醫院的有二萬六千九百九十四名，兵力一下子便大為削弱。”另外，還有一百六十多名日軍陣亡，負傷五百多人，總計是減少兵力達三萬二千多人，占侵台日軍總數一半以上。
台灣從此落入了日本人的手中，結束了清朝212年的統治。直至第二次世界大戰結束，台灣才回歸祖國。
參考/節錄資料：
1.元邦建：《台灣史略》
2.範文瀾：《中國近代史》上冊
3.連橫：《台灣通史》下冊
4.喜安幸夫：《台灣抗日秘史》