1895年农历大年初一，即西历1月25日，日军全部登陆算起，沿着芝罘大道的方向向威海挺近，沿途仅遇到微弱抵抗。1月30日，日军对威海的南帮炮台发起了总攻。不到一天的时间，南帮的陆路炮台和海岸炮台陆续失守，其中的陆路摩天岭炮台被日军占领后，用俘获的大炮调头轰击我方阵地。陆军少将大寺安纯在攻下摩天岭炮台、让随军记者摆拍时，被北洋水师军舰的精准一炮送上了西天。
日军占领威海南帮之后，本想从海边大道直捣威海卫城，但受北洋舰队的炮火封锁，绕道西路进攻威海卫。中国守军在极为有利的情况下，又主动撤退，日军随即转败为胜。清军撤退军官虽被正法，但威海卫城内已无清军。
在威海卫的东北方向，还有北帮炮台，由于守将戴宗骞御兵无方，防守兵士几乎逃散殆尽，实际上已无兵可守。北帮炮台被日军攻占。威海卫陆地全失，刘公岛成为孤岛，北洋舰队处于日本海陆军的合围之中。
30日，日军进攻南帮炮台，联合舰队也从海上封锁港口，正面炮击威海卫。30日下午南帮炮台失守，统领刘超佩逃至北岸。北帮炮台失守，北洋舰队陷于日陆、海军的夹击之中。
1895年2月3日，日舰及占据南帮炮台的日军水陆合击北洋海军，“定远”中雷后搁浅，不久自毁，“来远”、“威远”、“宝筏”等相继沉没，擅自逃跑的12艘鱼雷艇，皆被俘。日旗舰“松岛”受重创，沉毁鱼雷艇5艘。北洋海军内的外国顾问英国人马格禄、美国人浩威等，勾结部分贪生怕死清军将领，公开威胁海军提督丁汝昌投降。丁汝昌在得到陆路增援无望密报后，令各舰同时沉船，以免资敌，遭到抵制，旋又令剩余舰船拼死突围，也无人执行。
甲午一战，给本就迭受灾荒的山东更增加了战争开支和战败赔款的负担。战后数年之内，山东各地的赋税倍增。灾民和农民都被迫成为流民，加重了山东不稳定的因素，这成为后来山东匪患严重的一大根源。
