21000名清军分散部署在大约300里长的海岸线上，他们要面对先后登陆的34600名精锐日军。
北京发出的求和信号没能阻挡日本人的新进攻，1895年1月20日，日军登陆荣成湾，当天轻松攻占县城，清军一触即溃，入侵者竟无一人伤亡。
山东半岛正经历着20年来最冷的一个冬天，严寒让装备不足的守军雪上加霜。“可怜的中国士兵备受煎熬。这些中国‘兵勇’既无像样的大衣也无舒适的军装。如果在那件红蓝相间的俗气上衣里还有一件棉衣，下身还有一条棉裤的话，那就不错了。他们用来抵御敌人和寒冬的是‘营地’。”一位当地西方人写道，中国士兵一旦撤出营地便一无所有了。“没人会去想他们的敌人到底是谁， 或者他们在为什么而战。”
负责威海陆上防务的山东巡抚李秉衡对战局缺乏正确评估，平均使用兵力，造成四处被动。清廷中央则“始终不愿改变重京畿轻山东的战略部署”，认为日军登陆后很可能北上进逼北京，拒绝调遣京畿一带驻军南下。最后，北洋海军只能坚守待援。日军在几乎没遭遇抵抗的情况下，登陆5天内从容完成合围威海卫。
1月23日，访问刘公岛的英国皇家海军远东舰队司令斐利曼特尔(E. Fremantle) 转交了联合舰队司令的劝降信，但丁汝昌拒绝降敌，决心死战。
1月30日，日军发起总攻，威海卫南、北岸炮台3天内相继失守，北洋海军很快孤悬刘公岛，舰队和岸上陆军人心慌乱，投降求生的情绪迅速蔓延。联合舰队随后几天的进攻虽被击退，中方却已损失惨重，精锐几乎损失殆尽。至2月6日， “来远”“威远”被击沉， 旗舰“定远”遭水雷攻击丧失行动能力，2月9日自行炸沉， 搁浅的“靖远”号当天也自毁。
2月11日，丁汝昌苦等援军无望，下令炸毁第二主力舰“镇远”，但无人听从。面对岛上万余军民的活命哀求，次日凌晨，丁汝昌吞服鸦片自杀。“定远”管带刘步蟾、“镇远”管带杨用霖、刘公岛陆军指挥张文宣在这几天相继自杀殉国。
2月14日下午，威海卫营务处提调牛昶昞、“广丙”号管带程璧光前往日舰，与伊东祐亨签订《威海降约》， 交出中国军官、洋员名册及陆军编制表， 并告以担任武器、炮台、舰船委员姓名。这份降约共11项， 其中第10项规定， 为了向两天前自杀的丁汝昌致敬，运输其灵柩的“康济”号不在收降之列。2月17日，《降服规约书》最终签字调印， 日本联合舰队驶入刘公岛港湾接收炮台和军舰， “镇远”“平远”“济远”“广丙”和6艘炮舰相继升起日本军旗，只有“康济”号还飘荡着黄龙旗缓缓离开，驶向烟台。北洋海军至此全军覆没。登陆山东后，日军付出的代价仅为死131人，伤427人。
10艘大小北洋船舰沦为战利品，“镇远”一个月后入列日军， 成为其最大军舰。7月10日， 它先后逗留长崎、广岛、神户，最后到达横滨(7月28日)，受到岛国民众热烈欢迎。特别是7月10日抵达长崎时， 那些对1886年“长崎事件”记忆犹新的日本人，无不兴奋无比。这艘军舰在日本举行了几次公众开放日， 成为一个帝国衰败和另一个帝国崛起的标志。
3月19日，李鸿章一行抵达下关，一场艰难的谈判之旅就此展开。东道主早有准备， 指定伊藤博文熟悉的英语作为谈判语言，他们拒绝停战， 以此添加筹码。李鸿章则以嬉笑怒骂掩盖失败者的难堪， 并暗示中日联盟的可能。对手丝毫没有让步之意， 尽管陆奥宗光承认，李氏“老奸巨猾反而很可爱， 不愧为清国当世之一大人物”。
直到3月24日， 一次意外才让战火停了下来。李鸿章在结束与伊藤博文的第三次会谈后， 当天下午返回旅馆途中突遇枪手袭击，刺杀者名叫小山丰太郎，他痛恨议和，原打算杀掉双方3位主要谈判代表中的任何一人， 后来觉得让日本政治家去死有些可惜。
子弹击中李鸿章左颊，一时血流满面， 好在没有性命之虞。刺杀震惊全球，岛国上下陷入一片惊慌， 天皇立遣医师前来，皇后也送来两名护士和御制绷带。各界团体代表或个人纷纷到李下榻之处拜访慰问，电信、信件、物品一时日夜不绝， “清国使臣旅居之处的门前竟有成为群众市场之感。”目睹此番场景的陆奥宗光相当冷静，他明白，急于粉饰过失的热闹场面与其说是痛惜之情，倒不如说是担心刺杀引发列强非难。
草案条件之苛刻， 远超李鸿章和清廷高层想象，但他们面对的是一个咄咄逼人的对手，而且可能很快兵临北京城下。更糟糕的是，留给中方讨价还价的余地不仅很少， 而且还在对手掌握之中， 因为日方破译了李和总理衙门的往来电报。
清廷高级官员为条约吵成一片，但口舌之快无法抵挡武力威胁。淮军自朝鲜一路败退后各地军队陆续北上，1895年1月，湘军老将刘坤一抵达山海关统一指挥。此时湘军、楚军、皖军、淮军、豫军万余人驻扎于关内外，气势颇大，但从1月到3月发起的一系列收复战、保卫战几乎全部失败，牛庄、营口等地先后失陷，清军从辽河东岸全线溃退。4月1日，日军攻占辽阳、鞍山。一周之前， 南方的澎湖已被攻陷。
在下关，李鸿章4月9日全面修改了条约： 减少割地范围，赔款降至1亿。面对越来越明显的国际干涉苗头，伊藤博文第二天在第四次会谈时同意让步，将3亿赔款减为2亿，割地让出辽阳。4月12日，李鸿章再次提出，割让台湾一半、减少赔款，伊藤博文这次拒绝再议，并为此发出战争威胁：10万日军即将从广岛前往大连湾、旅顺。
为保全首都和“祖宗陵寝”，慈禧最终选择妥协，被迫接受对手扔过来的屈辱。
一份代价巨大的“合约”于4月15日最终达成。这一天，李鸿章仍花了5个小时在春帆楼里“斤斤计较”，希望凭借中国式谈判手段把2亿两减去5000万两或2000万两。陆奥宗光觉得李几近哀求，不免有伤体面，但对他表示尊重。这番最后的努力没有改变什么，留给双方第七次谈判的只是一个签字仪式。4月17日上午10时，两国签订《中日讲和条约》。根据条约，中国将分八次支付战争赔款2亿两(库平银)，割地的要求几乎全部满足，包括中方极不愿意的辽东半岛。只有“讲和条约”的说法，为战败国保留了一点颜面。
李鸿章第二天立刻启程回国，到天津后派人将条约文本送至总理衙门， 自己则请求告假20日。他心力交瘁，深知自己名字写进条约的命运。险些丧命的李鸿章没有得到多少同情，反而引起更多官绅谴责。拒约、援台、批李很快成了知识精英1895年最热衷的话题。陈宝箴之子陈三立甚至提议杀了李鸿章。不过上海的《万国公报》《申报》不同程度地为他辩护，两家报纸6月披露了马关和谈详情，显示日本人的强横和中方的无奈。
“中国第一个现代战争却落在一个省级官吏的肩膀上，好像这不过是保卫他一省的边境似的，未免令人惊异”，这一切的根源“显然毛病在于君主帝制本身，在于它的行政虚有其表，它没有一个现代中央政府的机制”。现在清廷最棘手的，是如何在一片抗议声中为自己的耻辱找个体面的理由。很快， 老天帮了忙。
北京所在顺直地区1894年夏秋遭遇洪涝，大雨从农历五月下旬断断续续下到七月底。与此同时， 主战场奉天、山东也为水灾所困，一些地方甚至难以驻扎军队。灾害持续到1895年，当清廷为是否批准《马关条约》骑虎难下之际，4月28日，天津塘沽口外发生了一次大海啸，10营军队被海水冲溃， 京津一带随后流传着所谓“海啸是天和”的说法。
直隶总督王文韶夸大了这场灾难， 对光绪影响不小。最后，紫禁城下定了决心，批准合约的理由找到了一个台阶：“天心示警。”
5月3日，沉重的国玺终于盖到条约之上。
