同日，李鸿章下令卫汝贵率盛军6000人，马玉昆率毅军2000人，左宝贵率奉军3500人，丰阿升率吉军1500人，分四路入朝，直趋平壤。20日，又令雇用英国商轮“爱仁”、“高升”、“飞鲸”，运送江自康的仁军增援牙山，由北洋水师管带方伯谦率“济远”、“广乙”、“威远”3舰护航。
于是乎，朝鲜半岛，黄海之滨，一场世纪末最酷烈的陆海大战爆发了。
开战伊始，李鸿章就持“扼守海口，拱卫京师”的近海防卫的思想，不是让北洋舰队在海上与敌争夺制海权，而是充当一座座海上浮动炮台。他给北洋水师统帅丁汝昌的方略是“保船制敌”，“不定与日本海军拼击，但令游弋渤海内外”，还美其名曰“猛虎在山之势”。
笑话，坐守家门的虎还是虎吗？
对此，刘步蟾、林泰曾等留洋学生大有异议，屡屡上书，却无济于事。不唯如此，到后来日本海军已进到旅顺、威海挑衅，中堂大人还把北洋舰队巡弋范围从大同江口缩小到鸭绿江口。
等着挨打！
上阵一交手，中国军队陆海两路都吃了败仗。
1894年7月23日，李鸿章派北洋舰队“济远”舰和“广乙”舰护送陆军运兵船，从大沽出发前往朝鲜牙山增援。25日，两舰返航途中，在丰岛附近海面与日本联合舰队遭遇，发生战斗。战斗打响后，“济远”、“广乙”虽奋力拒敌，然却寡不敌众，两舰受创严重，并被优势日舰分割。“广乙”遭重创后触礁搁浅，被迫纵火焚舰；“济远”在担任指挥的大副二副阵亡后退出战列。
从大沽口运兵援朝撞进战场的“高升”和饷银船“操江”便成为日本联合舰队的俎上之肉。
日本联合舰队顺手牵羊，乘机击沉“高升”，俘获“操江”。
此战中表现最为凶悍的是日舰“浪速”，其舰长东乡平八郎大佐十年后官拜大将，成为日俄战争的日本海军统帅。
丰岛海战，北洋水师失利。
丰岛海战失利，导致北洋水师对仁川港口的控制权完全落入敌手，威海、旅顺、仁川三足鼎立的态势遭到破坏，与在朝鲜半岛的陆军部队相互策应之势尽失，严重危及到北洋舰队对黄海制海权的有效控制。
继海战失利，牙山清军陆军部队又被日军大败。
7月29日，日侵朝陆军部队向牙山清军发动进攻，聂士成、叶志超率清军奋力抵抗，但不敌优势日军，败阵而走，奔逃数百公里，退守平壤。败退途中，叶志超还向李鸿章报捷，说清军以寡敌众，毙敌2000余人。可气的是，这位谎报战功的败军之将，竟于8月25日被委任为驻平壤的清军部队的总指挥官，以致后来前线将帅不和，酿成平壤之战的大败。
与此同时，天皇在国内发布募集公债的143号令，从国民手中募集了7694.9万日元的公债用于战争；日军陆续增援抵达朝鲜的部队大岛混成旅团、第四师团主力、第五师团和第三师团各一部，组成朝鲜军。日本首相——也就是那位说“我方利益线之焦点，在于朝鲜”的山县有朋——亲任司令官，准备大举进攻平壤。
一只养足了精神的饿狼，已经瞅准了猎物，要扑上来了！
8月1日，中日两国正式宣战。
8月28日，从牙山撤逃的清军陆续与已到平壤的增援部队汇合。此时，清军各军总计还有步、炮兵约15000人，野炮4门，山炮28门，速射炮6门，以及足够全军食用一月的粮草。取胜不敢说，守备它三日五日应当毫无问题。
可惜当时的各军将领纷纷忙于相互争斗，全无主动出击寻机求战的意愿。
9月12日，日军第五师团、混成第九旅团、朔宁支队和元山支队等各路人马云集平壤城下，计16100人。相较于中国军队，日本军队并无明显优势。可素养呢？9月15日午夜，日军发动对平壤的总攻。清军奋力拒敌，迭挫敌锋。大同江南阵地马玉昆、大同江北阵地卫汝贵部亦阻止了日军的进犯。守卫牡丹台、玄武门的奉军将领左宝贵在玄武门亲自点炮射击日军，不幸中弹阵亡。牡丹台、玄武门失守，平壤全城暴露在日军炮火之下。局势虽危，但尚未到不可收拾的地步。但又是那个谎报战功的叶志超，在平壤城头挂起了白旗，并率先弃城逃走。
清军因此大乱，丢弃大量辎重装备溃逃，在撤退途中又屡遭日军伏击，伤亡惨重。次日，李鸿章在平壤失守和政敌攻讦的双重压力之下，令北洋水师主力出海寻敌决战。
北洋水师出动战舰10艘，即铁甲巡洋舰“定远”、“镇远”、“来远”、“经远”，巡洋舰“致远”、“靖远”、“济远”、“超勇”、“扬威”、“广甲”，“定远”为旗舰，总吨位3.1万吨，平均航速15.5节，计有大小火炮214门。
日本联合舰队亦闻风而动，大举出击。日本联合舰队的战斗序列为：第一游击队为前导，由“吉野”、“高千穗”、“秋津洲”、“浪速”等4舰组成，“吉野”为旗舰，由海军少将坪井航三指挥；本队继后，由“松岛”、“千代田”、“岩岛”、“桥立”、“比睿”、“扶桑”等6舰组成，“松岛”为旗舰，由联合舰队司令官伊东佑亨海军中将指挥；海军军令部长桦山资纪中将乘代用巡洋舰“西京丸”观战，炮舰“赤城”担任护卫。共计战舰12艘，总吨位4万吨，平均航速16.4节，大小火炮279门。
1894年9月17日，北洋舰队主力与日本联合舰队主力在大东沟附近海面相遇，爆发了一次声势浩大的海上大决战——也是人类历史上第一次蒸汽机铁甲舰的大海战。
这一仗打得是天昏地暗，惨烈无比。
开战伊始，北洋水师主帅丁汝昌见敌舰呈鱼贯纵队冲来，遂令舰队成犄角雁行阵接敌，以“定远”、“镇远”两艘铁甲舰居中，“扬威”、“超勇”两艘弱舰位于最外侧。
这是一个陆战战场上众军护卫主帅的阵形，在帆船海战史上称为“冲击战术”，其特点是各舰始终舰首对敌，被弹面小，在以舰首冲击为主的木帆船海战中，曾有过不俗的战绩。但在以火炮为主的时代，这种阵形的最大缺点，就是各舰射击舷角受到限制，无法充分发挥火力优势。
结果被伊东佑亨抓住破绽。伊东佑亨令第一游击队首先集中力量鱼贯进攻最外侧的“扬威”、“超勇”。“扬威”、“超勇”虽顽强战斗，终不敌日舰炽盛的火力，相继中弹起火。日本联合舰队本队随即与北洋舰队主力激烈交火，转瞬间，北洋水师旗舰“定远”舰桥被命中，正在指挥的丁汝昌摔成重伤。北洋舰队指挥当即中断。
虽被重创并失去指挥，但“定远”舰官兵仍然死战不退。日本作家德富芦花曾在其海军题材小说《不如归》中这样描绘被重创后仍然坚持战斗的“定远”舰：
猛火起于前部，浓烟蔽于炮台，使用之炮不过后尾之六英寸炮一门。……
看来受伤很重。
……但却终日战斗。“定远”火虽未灭，仍不动；“镇远”亦不绥协助。其势比两铁山，力支日本诸舰，无退却意。顾日本之炮，如伊斯兰之轻刃，不入十字军之重铠……
据悉，在整个战斗中，“定远”被创千余处，仍辗转自如。
伊东佑亨乘机将第一游击队置于北洋舰队正面，全力攻击两翼弱舰；本队则置于北洋舰队侧背，以为策应，使北洋诸舰陷于首尾难顾的境地。“超勇”在遭受日舰第一游击队的重创后，又被日舰队本队攻击，终致沉没。全舰官兵大部分遇难，管带黄建勋落水拒救，没于大海之中。
但日舰也受损不轻，“比睿”、“赤诚”、“西京丸”均因受重创，相继退出战列。
激战中，北洋水师“致远”号巡洋舰在重创“比睿”和“赤诚”后弹药耗尽，而日舰正全力进攻已遭重创的北洋水师旗舰“定远”，“定远”官兵不得不全力灭火救舰，攻势顿弱。
危急之间，“致远”号管带邓世昌决心以舰体撞击敌舰：“倭舰专恃‘吉野’，苟沉是船，则我军可以集事。”逐命“开足机轮，驶出‘定远’之前，以舰首冲击‘吉野’”。视死如归的邓世昌挺立指挥台，激励官兵：“吾辈从军卫国，早置生死于度外，今日之事，有死而已。”史载：“致远”舰“鼓轮怒驶，且沿途鸣炮，不绝于耳，直冲日队而来”。“吉野”一看这是来拼命的，一面紧急规避，一面猛烈发炮射击，相邻日舰亦频频向“致远”发射鱼雷，致使“致远”舰在冲击途中不幸被鱼雷命中沉没，邓世昌偕全舰250名官兵，除17人获救外，全部壮烈殉国。而“济远”舰也在慌乱中误将已中弹起火搁浅沙滩的“扬威”撞沉，“扬威”管带林履中义不独生，蹈海自尽。
此后，“经远”舰单舰独斗“吉野”等四舰，不幸被日舰命中舰桥，管带林永升等指挥官相继中弹牺牲。全舰剩余官兵坚守岗位，继续战斗，终因寡不敌众，起火沉没。
至此，北洋舰队4舰不存，“济远”、“广甲”退出战列，“定远”、“靖远”、“来远”、“镇远”虽均有不同程度创损，尚能勉强迎敌；而日舰只重损了“比睿”、“赤诚”、“西京丸”等3艘，还有9艘能战。
日本联合舰队占了上风。北洋舰队各受创舰只仍奋力作战，“靖远”管带修竣战舰后迅即接替指挥，集合其他各舰重归战列，继续顽强攻击日舰。
最后一轮激战中，日本联合舰队旗舰“松岛”弹药库被“镇远”舰首350毫米巨炮命中，起火爆炸，完全丧失战斗力。伊东佑亨战至此时也有力不从心之感，遂将联合舰队本队指挥关系转至“桥立”，挂出不管旗，转舵撤离。
历时5个小时的海上大决战结束了。
是役，北洋水师损失战舰5艘，伤亡5舰管带以下1200余人；日舰5艘受重创，伤亡官兵600余人。双方损失惨重，从战损比来看，日本海军是胜了一筹。但日本被重创战舰在近期很难修复投入使用，也就是说，在一定时限内，与被击沉效果无异。所以从一定时限内的作战效益上看，相比对手，北洋水师失分也不算太多。可中堂大人的胆已经破了！
数日后的9月21日，平壤战败的清陆军大败奔逃回国。朝鲜境内的陆上作战亦告结束。日军挟陆海两路胜利之势，占领了朝鲜全境。
战火随即燃进了中国。9月27日，日本陆军渡过鸭绿江侵入中国东北。从此，陆上战争开始在中国东北境内进行。
大东沟海战后，李鸿章更是严令北洋水师不准出海，并将此前陆攻海守的战略，蜕变为陆海并守的彻底消极防御，终使亚洲第一舰队北洋水师，于次年2月17日被日本陆海军聚歼于威海卫和刘公岛。
