八月十七日（9月16日），北洋水师提督丁汝昌率大小舰船十八艘护送运兵轮到达鸭绿江口西岸的大东沟。十八日（17日）上午，舰队准备返航旅顺港时，突见西南海面有黑烟一簇，测望来船，共十二艘。丁汝昌立即下令各舰升火起锚，准备迎敌。正午，当双方舰队相距约五千七八百米时，旗舰定远号管带刘步蟾首先发令开炮。战斗开始不久，丁汝昌从定远号的飞桥上跌落，负重伤；刘步蟾接替指挥。在激烈的海战中，中国舰队猛轰敌舰，日旗舰松岛以及主力吉野、赤城等舰先后中弹受伤。但日舰凭借其高速的优势，急驶横越中国主力舰定远、镇远两铁甲，绕攻中国舰队右翼，超勇、扬威相继中弹起火，致远、经远被隔在阵外。在极端不利的情况下，爱国官兵奋不顾身地英勇战斗。致远舰中炮受创，船身倾斜，管带邓世昌认为“倭舰专恃吉野”，即命开足马力冲撞吉野，不幸中鱼雷下沉，全舰250人壮烈牺牲。经远在追击受伤敌舰时中鱼雷下沉，管带林永升和官兵置个人生死于度外，继续开炮击敌，最后全舰二百七十余人除十六人获救外，其余都为国殉难。镇远号管带林泰曾指挥官兵猛击敌旗舰松岛号，使该舰中弹起火，失去作战能力。这场激战历经五六个小时，傍晚，日舰首先退出战场，北洋舰队也退返旅顺。
在这场海战中，中日参战的军舰数目大致相等，力量对比各有长短，日舰略占优势。交战结果，中国海军损失军舰五艘，日五艘主力舰受重创，中国海军损失较大。但北洋舰队主力尚存，仍可与日再战。而李鸿章经此一战后，为保存实力，故意夸大损失，命令舰队全部躲进威海卫港内，不准再巡海迎敌，造成坐守待毙的局面。
平壤溃败、黄海沉船的消息传来，举国上下莫不义愤填膺，坚决要求抵抗日本的侵略。帝党乘机向后党发动攻势，要求：惩处李鸿章；起用恭亲王奕沂；停办万寿庆典，分兵三路向朝鲜主动出击。在不利的形势下，后党除薄惩李鸿章、任命奕沂管理总理衙门和海军事务外，依然采取妥协投降的方针。慈禧太后断然决定“万寿庆典”照常举行，后党官僚则散布妥协论调。同时，他们又施展“以夷制夷”的故伎，请求英国出面“调停”。日本当时在军事上接连胜利，野心勃勃，拒绝调停的条件，继续向中国东北大举进攻，又挑起了辽东半岛战役。
邓世昌九月二十六日（10月24日），日军分两路进犯辽东。一路从朝鲜义州渡鸭绿江，进攻辽东。沿江驻守的四万多清军，除聂士成部在虎山进行了抵抗外，其余皆闻风溃逃。日军接连占领九连城、安东、凤凰城、宽甸、岫岩等地。十一月十七日（12月13日），日军进占海城，进逼辽河。但在各地群众的抗击下，日军妄图进占辽阳、“取奉天度岁”的计划未能得逞。另一路日军从辽东半岛的花园口登陆，向西侵犯金州，直扑旅顺和大连。旅顺口是北洋海军根据地，设有船坞、炮台，军储非常充足；大连港的防务也十分巩固。十月十日（11月7日），日军分三路进攻大连湾炮台，守将则早在头一天即逃往旅顺，日军未费一枪一弹，轻取大连。二十一日（18日），日军进攻旅顺口。当时有六支清军驻守旅顺，其中五支清军的将领事先逃回天津，只有总兵徐邦道统领的一支爱国官兵进行了英勇抵抗，给敌人极大挫伤。经三天激战，徐邦道终因没有后援，孤军作战而败，号称“北洋精华”的旅顺陷于敌手。野蛮的侵略军进入旅顺后，对手无寸铁的中国人民大肆杀戮，犯下了滔天罪行，全市侥幸逃生的仅有三十六人。
在日军的进攻面前，清政府不是组织军民实行有效的抵抗，反而积极进行求和活动。九月底（10月底），清廷即请美驻华公使田贝求美国出面调停。十月六日（11月3日），总理衙门又召请英、美、德、法、俄五国公使联合调停战事，但因帝国主义之间的矛盾，联合调停未能实现。于是，二十一日（18日），清廷派海关税务司德璀琳携李鸿章致日本首相伊藤博文书信，直接赴日本求和。但日本拒绝接纳。在美使田贝操纵下，十一月二十四日（12月20日），清廷又派户部侍郎张荫桓、署湖南巡抚邵友濂为全权大使赴日谈判。光绪二十一年正月七日（1895年2月1日），中日两国代表在广岛会面，日本代表又以中国代表“全权不足”为由，拒绝谈判。
为迫使清政府完全就范，十二月二十五日（1895年1月20日），日军在山东半岛成山角登陆，攻占荣城，包抄威海卫后路。同时，日本海军又封锁了威海卫。北洋舰队陷于港内，腹背受敌。光绪二十一年正月五日（1896年1月30日），日军攻占威海卫南北两岸的炮台，之后猛攻港内的中国舰队。北洋将士奋力抗击，给敌人以沉重打击，但已无力挽回败局。这时，丁汝昌先命各舰冒死突围，继而下令炸舰沉船。但在舰上的外国教习、顾问等洋员与一些无耻将领相勾结，拒绝执行丁汝昌的命令，并逼迫丁汝昌向日寇投降。丁汝昌坚贞不屈，最后以自杀殉国。正月十八日（2月12日），洋员浩威假托丁汝昌的名义起草降书，向日寇交出了威海卫以及停泊在此地的十一艘舰艇和各种军用物资。至此，李鸿章经营十几年北洋海军全军覆灭。
威海卫失守后，二月（3月）初，日军在辽河继续发动攻势，先后占领鞍山、牛庄、营口、田庄台等地，控制了整个辽东半岛。同时，日本海军又攻占澎湖。从此，清政府完全向日本屈服了。
甲午中日战争，以中国的失败而结束。中国失败的根本原因是由于清政府推行妥协投降路线造成的。它在战前力图避战求和；战争开始以后，虽被迫对日宣战，但自始至终执行的是妥协求和的政策。因此，当光绪二十二年正月十四日（1895年2月8日），日本通过美国传讯清廷同意举行谈判的时候，清政府便立即按照日本的意愿，派李鸿章为“头等全权大臣”赴日议和。二月二十四日（3月20日），李鸿章偕同其子李经方、美国顾问科士达到达日本马关，与日本首相伊藤博文、外相陆奥宗光进行谈判。在谈判期间，日方态度蛮横，事先已拟好条款，只准李鸿章在“允”与“不允”之间表态。在日本侵略者的淫威之下，李鸿章无条件地接受了日本的要求，于二月二十三日（4月17日）签订了丧权辱国的《马关条约》。
《马关条约》正约共十一款，其主要内容有：（1）承认朝鲜完全“自主”，实际上是默认日本对朝鲜的控制；（2）中国割让辽东半岛、台湾、澎湖列岛给日本；（3）赔偿日本军费银二万万两；（4）允许日本在中国通商口岸设立工厂；（5）开放沙市、重庆、苏州、杭州为通商口岸。《马关条约》签订后，俄国因日本占领辽东半岛于己不利，纠合法、德两国进行干涉，结果中国以银三千万两向日本“赎回”辽东半岛。
《马关条约》是继中英《南京条约》后最严重的一个卖国条约。它的签订，标志着列强对中国的侵略从以商品输出为主的资本主义侵略进入了以资本输出为主的帝国主义侵略的新阶段，从而使中国半殖民地化的程度大大加深了，中国的民族危机也达到了空前严重的程度。
第一，日本割占中国台湾等大片领土，进一步破坏了中国领土主权的完整，为日本侵略中国东南地区和南洋提供了军事基地，并且适应了帝国主义分割世界领土的要求，助长了列强瓜分中国的野心。
第二，允许日本在华投资设厂，反映了帝国主义输出资本的迫切要求。从此，各帝国主义国家争相在中国开设工厂企业，利用中国的原料和廉价劳动力，就地生产就地销售，获取高额利润，而使中国的民族资本主义工业遭到沉重打击，阻碍了中国社会生产力的发展。
第三，巨额赔款和赔款利息，其数目超过清政府每年财政收入的三倍。清政府为偿付这笔赔款，不得不向列强大借外债，其结果既使清政府进一步受到列强的控制，又大大加重了中国人民的负担；而日本则利用中国的巨额赔款，大力发展资本主义，加速了它向帝国主义过渡的进程，并逐渐成为侵略中国的最主要的国家之一。
第四，开放沙市、重庆、苏州、杭州为通商口岸，这就等于把中国最富庶的长江流域和江浙地区全部开放给外国列强了，因而进一步满足了日本和其他帝国主义国家扩大中国市场的要求，使它们得以掠夺这一广阔地区丰富的资源，加深中国社会经济的半殖民地化。
总之，《马关条约》给中国人民带来了空前严重的灾难，是一个赤裸裸的卖国条约，是帝国主义国家强加在中国人民身上的新的枷锁。
注释
①陆奥宗光《蹇蹇录》中译本，第69页。