威海衛之戰是保衛北洋海軍根據地的防禦戰，也是北洋艦隊的最後一戰。日本大本營對山東半島的作戰部署為“海陸夾擊”北洋艦隊。李鴻章在建完各炮台後，即調派綏、鞏軍各4營分別駐守北幫炮台、南幫炮台。同時在劉公島上駐紮北洋護軍，並在海港東西兩口布設防材和敷設水雷248顆。整個山東半島大約有步兵約40個營、騎兵8營、水雷2營。威海衛港內尚有北洋海軍各種艦艇二十六艘。
1895年1月20日，大山岩大將指揮的日本第二軍，包括佐久間左馬太中將的第二師團和黑木為楨中將的第六師團，共兩萬五千人，在日艦掩護下開始在榮成龍須島登陸，同時日聯合艦隊第1遊擊隊在登州實行炮擊，山東巡撫李秉衡由於弄不清楚日軍究竟要在何處登陸，隻好分兵把口，“時刻嚴防”，23日，日軍在榮成全部登陸完畢。26日，日軍第2師團和第6師團分別從榮成出發，各由南北兩路，分頭向百尺崖所方向前進，在戰鬥中，清軍趙埠嘴炮台擊沉日艦1艘，30日，日軍集中兵力進攻威海衛南幫炮台。駐守南幫炮台的清軍僅六營三千人。營官周家恩守衛摩天嶺陣地頑強抵抗，最後被殲滅。日軍左翼司令官大寺安純少將被清軍炮彈打死，這是日本在甲午戰爭中唯 一陣亡的將軍，左翼支隊的4個中隊日軍被迫退至馮家窩。
由於兵力懸殊，南幫炮台終被日軍攻占。2月3日，日軍占領威海衛城。威海陸地悉數被日本占據，丁汝昌坐鎮指揮的劉公島成為孤島。日本聯合艦隊司令伊東佑亨曾致書丁汝昌勸降，遭丁汝昌拒絕。5日淩晨，旗艦定遠艦中雷擱淺，仍做“水炮台”使用。10日，定遠彈藥告罄，劉步蟾自殺。11日，丁汝昌在洋員和威海營務處提調牛昶昞等主降將領的脅迫下，拒降自殺。洋員和牛昶昞等又推署鎮遠管帶楊用霖，出麵主持投降事宜，楊用霖最終自殺。12日，由美籍洋員浩威起草投降書，偽托丁汝昌的名義，派廣丙管帶程壁光送至日本旗艦。14日，牛昶昞與伊東佑亨簽訂《威海降約》，規定將威海衛港內艦隻、劉公島炮台及島上所有軍械物資，悉數交給日軍。1895年2月17日，日軍在劉公島登陸，威海衛海軍基地陷落，北洋艦隊全軍覆沒。
遼東之戰持續的時間很長。自日軍突破清軍鴨綠江防線後，連占鳳凰城、岫岩、海城等地。大清國調兩江總督劉坤一為欽差大臣督辦東征軍務，授以指揮關內外軍事的全權，並任命湖南巡撫吳大澄和四川提督宋慶為幫辦，以期挽回頹勢，在析木城四周部署了奉軍、盛字練軍、希字軍、仁字軍等，總兵力計27營，除步兵營外，有馬隊5營、炮隊1營，約8000人，從1895年1月17日，清軍先後四次發動收複海城之戰，由於指揮不力，皆被日軍擊退。2月28日，日軍趁勝追擊，從海城分路進攻，3月4日攻占牛莊，7日不戰而取營口，9日攻陷田莊台。僅十天時間，清朝百餘營六萬多大軍便從遼河東岸全線潰退。