日本大本营对山东半岛的作战部署为海陆夹击北洋舰队。李鸿章在建设完各炮台之后，即调派绥、巩各4营分别驻守北帮炮台、南帮炮台，同时在刘松岛上驻扎北洋护军，并在海港东西两口布设防材各敷设**248颗。整个山东半岛大约有步兵40个营，骑兵8个营，**2个营，威海卫港内尚有北洋海军各种舰艇二十六艘。
1895年1月20日，大山岩大将指挥的日军第二军，包括佐久间左马太中将的第二师团和黑木为桢中的第六师团，共有两万五千人，在日舰的掩护下开始在荣成龙须岛登陆。同时日本联合舰队第一游击队在登州实行炮击，山东巡抚李秉衡由于弄不清日军究竟要在何处登陆，只好分兵把口时刻严防。2月3日，日军在荣成全部登陆完毕。26日，日军第二师团和第六师团分别从荣成出发，各由南北两路，分头向百尺崖所方向前进。在战斗中，清军赵埠嘴炮台击沉日舰一艘。30日，日军集中兵力进攻威海卫南帮炮台，驻守南帮炮台的清军仅六个营三千人，营官周家恩守卫摩天岭阵地顽强抵抗，最后被歼灭。日军左翼司令官大寺安纯少将被清军炮弹打死，这是日本在甲午战争中唯一阵亡的将军。左翼支队4个中队日军被迫退至冯家窝，由于兵力悬殊，南帮炮台最终被日军攻占。2月3日，日军占领威海卫城，威海陆地悉数被日军占据，丁汝昌坐镇指挥的刘松岛成为孤岛。日本联合舰队司令伊东佑亨曾致书丁汝昌劝降，遭到丁汝昌的拒绝。5日凌晨，旗舰定远舰中雷搁浅，乃做水炮台使用。10日，定远弹药告罄，刘步蟾自杀。11日，丁汝昌在洋员和威海营务处提调朱昶昞等主降将领的胁迫之下，拒绝自杀，洋员和朱昶昞等又推署镇远管带杨用霖，出面主持投降事宜，杨用霖最终自杀。12日，由美籍洋员浩威起草投降书，伪托丁汝昌的名义，派广丙管带程璧光送至日本旗舰。14日，朱昶昞与伊东佑亨签订《威海降约》，规定威海卫港内船只，刘松岛炮台上所有的军械物资，悉数交给日本。1895年3月17日，日军在刘松岛登陆，威海卫海军基地陷落，北洋舰队全军覆没。
日本虽然在战场连战连捷，但是毕竟国力有限，战争带来的巨大的消耗进一步加重了日本普通国民的负担。自1894年底以来，日本不少地方都爆发了农民暴动，社会动荡不安，所以日本首相伊藤博文于2月2日向清**提出和谈的要求，但日方指定李鸿章充全权代表，并向清**提出，必须以割地赔款为议和条件，否则无需派代表来日本。清**十分害怕战争继续下去，为了求得停战，决定不惜任何代价。于1895年3月，赶忙按照日本的旨意，改派李鸿章为头等全权大臣，以 美国前任国务卿科士达为顾问，前往日本马关于日本首相伊藤博文、外务大臣陆奥宗光进行谈判。3月20日，双方在春帆楼会见，正是开始和谈。
当时北洋水师虽然全军覆没，但是辽东战场战的方酣。李鸿章要求议和前先行停战，日方提出包括占领天津等地在内的四项苛刻条件，迫使李鸿章撤回停战要求。3月24日会议后，李鸿章在回使馆的途中突然被日本浪人开枪射伤，日本担心第三国干涉的借口，自动宣布承诺休战。30日，双方签订休战条约，休战期21天，休战范围限于奉天、直隶、山东各地。此时日军占领澎湖，造成威胁台湾之势，停战把这个地区除外，保持了日本在这里的军事压力。日方代表胜利者的姿态，继续进行威胁和讹诈，美国顾问科士达则设法怂恿李鸿章赶快接受条件，以便从中渔利。
4月1日，日方提出十分苛刻的议和条款，李鸿章乞求降低条件。4月10日，伊藤博文提出了最后修正案，其余条件非常苛刻，并对李鸿章道：“中堂见我此次节略，但有允、不允两句话而已，”之后伊藤博文将起草的条款递出，望着这位中堂大人，等待他的回答。
李鸿章拿起条款做出十分为难的表情，沉默了半天才说出一句话，道：“难道不准分辨。”
伊藤博文的态度是非常的坚决，很是果断的答道：“只管辩论，但不能减少。”
李鸿章苦苦哀求，道：“你看这巨大的数额会加重百姓的负担，还是减少一些数额吧。”
“若我大军压倒那就不是这点数额了，中堂大人，还是好好的掂量掂量吧。”（弱国无外交）
4月14日，清**电令李鸿章遵旨定约。4月17日，李鸿章代表清**与日本签订丧权辱国的《马关条约》。
1895年4月，中日《马关条约》签订后，各界的爱国人士聚集于北京的街道之上示威游行，贴出标语高举，高呼，“拒和，反对割地赔款，”并将李鸿章定为出卖国土的公贼。街道上围观的群众是成千上万，有的深受感召加入队伍之中，游行的队伍是越来越强大。在围观的人群之中走出一个三十多岁的中年人，八字撇胡，两眼有神，身穿青布长衫，头戴藏青色的瓜皮帽，看其身着打扮此人一定是一个读书人，想必此人是来京城参加会试的各地举人之一吧，观其神态难免有些故作镇定。缓缓挤出围观的人群，走到路边蹲下，望着地摊的老板，道：“老伯，这报纸多少钱？”
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