１０月２５日払暁　第１軍主力は敵前進陣地の虎山に対する渡河作戦を開始した。前日夜半から密かに進出していた佐藤支隊など一部前衛部隊は、南側から虎山を攻撃、敵主力の側背に迫った。日本軍の夜間軍橋構築と渡河準備に気づかなかった清国軍は虎山付近を固守し、０８００頃各陣地から日本軍に対して反撃を開始した。虎山の主将は馬玉崑で、大いに奮戦し頑強な抵抗を示して第６聯隊の一部が苦境に陥る程であったが、支えることができずに九連城方面に後退した。２５日夜、第３師団は迂回して九連城攻撃の布陣で露営、第５師団は馬溝から虎山にわたる地域に露営して九連城攻撃を準備した。１０月２６日０６００　歩兵第１１聯隊が九連城北側台地に進出してみると敵の抵抗はなく、城内は閑散としていて人影はなかった。清国軍は虎山の戦闘に敗退すると、老将宋慶は２５日夜半鳳凰城に退却し、これを知った清国軍諸部隊も例によって戦わずして九連城を放棄して遁走したのである。この作戦で日本軍ははじめて敵地清国領内に占領地を得た。そして国境の要衝九連城の勝報がもたらされると、明治天皇は第１軍に勅語を賜った。

なお第１軍は九連城の無血占領後、直ちに追撃し鳳凰城及び大東溝を占領、清国軍はほとんど抵抗を示さずに三方面に敗走した。敵将宋慶も主力とともに奉天方面に逃れた。

旅順は清国北洋艦隊の最重要軍港であり、巨万の財と１０数年の時日を費やして当時の新式砲台を構築した東洋一の要塞で、１３の永久砲台と４つの臨時砲台には、カノン砲、山砲など各種約１００門が配備されていた。李鴻章は増援に努めたが、我が陸海軍に阻まれて十分な増援ができず、要塞守備隊約８０００と大連の敗残兵約４０００が守備していた。このうち約９０００は新規徴募兵であり、守備隊指揮系統は複雑で、実質的な総指揮官は文官であり守将の決意はなく力量に欠けた。配下の将兵たちも日本軍の大連占領に狼狽して逃亡するものが相次ぎ、造船所の官吏も貴重品を盗んで逃走し、旅順市街は大混乱と化していた。

１１月２１日未明　旅順口攻撃の火蓋が切られた。第１旅団、第１２旅団が西方東方からそれぞれ牽制する中、第１師団は旅順の弱点である西北正面から、第２旅団は案子山砲台郡の攻略を開始した。０８００には椅子山を占領、松樹山、二竜山の砲台も次々陥落、半日の戦闘で正面の砲台はことごとく日本側に帰した。日本軍が砲台群を攻略して旅順市街に迫るのを知ると、清国軍部隊は潰乱しある者は軍服を脱いで市民を装って逃走した。午後になり海岸砲台の攻撃に着手し、黄金山砲台に突入、吶喊攻撃によって難なくこれを占領した。こうして海正面防備の砲台群もことごとく我が掌中に陥り、１７００には大勢は決した。東洋一の大要塞は世界の軍事専門家の予想を裏切りわずか一日で陥落したのである。

この快勝は旅順要塞の軽視となり、のちの日露戦争において旅順攻撃作戦の失敗に繋がるのであった。

陸上戦闘
１月２０日から日本軍は栄城湾に上陸を開始、聯合艦隊の支援砲撃の下にまず陸戦隊が上陸、ついで第６、第２師団が上陸した。各隊は２６日を期して進撃を開始、途中百尺崖において歩兵第１１旅団長大寺安純少将は戦死、将官の戦死者は大東亜戦争まで大寺少将ただ一人であった。２月１日　大山軍司令官は総攻撃を開始、降雪を冒して北側要塞に向かって前進したが、清国軍のほとんどは既に退却しており大きな抵抗を受けることなく２日までに威海衛市街と堡塁群を攻略した。

海上戦闘
２月の威海衛は寒気は氷点下を示し、艦体は氷で覆い尽くされ小艦艇は航行不能の状態であった。　２月３日未明　我が水雷戦隊は荒れ狂う港内に進入、決死的な奇襲攻撃を敢行した。奇襲攻撃は５日にも実施され。０３２０　敵旗艦「定遠」を大破、「来遠」「威遠」ほか一隻を撃沈した。　２月７日　伊東長官は全艦隊をもって敵砲台の防御力に致命的大打撃を与え清国海軍の戦意を著しく喪失させた。９日には「靖遠」が撃沈、大破した旗艦「定遠」は自沈し艦長は自決した。２月１０日　各艦長らは丁汝昌提督に降伏するように強要、既に降伏の気が清国全艦艇に蔓延しており丁提督は降伏の決意に至った。丁提督と親交のあった伊東司令長官は、葡萄酒と枯露柿を贈りその労を慰めたが、１２日丁提督は、伊藤長官の友情を深く謝し、部下将兵の助命を乞うて幕僚二名とともに自決した。伊東長官は丁の死を悼み、礼を尽くしてその遺体を清国に送還した。この経緯は日清両国に深い感銘を与えた。

こうして威海衛は陥落北洋艦隊は全滅し、制海権はすべて日本に帰し、遼東半島の直隷作戦を準備した。

我が軍は陸海に全勝を収め、遼東半島内の敵を撃破し大連方面に転進した第１軍は、３月５日　牛荘を占領、９日からは田庄台付近の敵を包囲攻撃しこれを占領、満州内作戦を終了した。また３月２６日には陸軍の比志島支隊によって澎湖島を占領、支那海方面における海軍根拠地とする目的を達成していた。
大本営は次の主作戦である直隷平野での野戦軍決戦のため、第２期作戦計画が実現されることになった。直隷作戦に参加予定の兵力は既に出征した４個師団に加え、近衛、第４師団ほかで全軍約２０余万である。これは当時動員が予想される清国軍約２０万人に比べやや優勢であると考えられた。これを統率するため、参謀総長・小松宮彰仁大将を征討大総督に、川上操六中将と樺山資紀中将を総参謀長に任じ、作戦準備中であったが、４月１７日に講和条約が調印されたため、清国軍に対する作戦停止が発令された。遼東半島と威海衛に守備部隊を残し、部隊は逐次内地に凱旋帰国した。

１２月１７日　天津海税務司のデトリングというドイツ人が李鴻章から伊藤博文首相への照会書を持って神戸に現れた。これは日本政府の考えている講和条件を探るためと思われ、その資格にも不審な点があったので日本政府は面会を謝絶した。清国政府はその後も数度にわたり米国公使を通じて講和を申し込んできたが、講和提議についてその誠意に疑問を持った日本政府は、清国政府に日本の意図を知らしめるため、米国公使を通じて、
『軍事賠償と朝鮮独立を確認するほか、土地の割譲と将来の国交を律する条約締結を基礎として、全権を有する使節を派遣しなければ何らの講和も無効である。』と宣言した。

２月１８日　清国政府は米国公使を通じて李鴻章を全権大臣に任命したので会合場所を指示されたい、とする申し入れを行った。３月１４日　李鴻章は天津を出発して下関に向かい３月２０日から春帆楼で第１回会合を開いた。清国全権は講和会議の前に即時休戦を要請、日本側全権とは休戦条件で難航していたところ、３月２４日　日本中を震撼させた小山六之助（豊太郎）による李鴻章狙撃事件が発生した。この事件により日本の講和外交は一気に苦境に陥り、明治天皇の聖旨によって直ちに全６条からなる休戦条約が締結され休戦が成立した。言わば李鴻章遭難事件の代償として休戦が成立したのである。その後も講和条約について協議を重ね、清国側全権の誠意のない駆け引きに対し、日本側全権が憤激して脅迫的言辞で応酬する一幕もあったが、４月１７日には日清講和条約及び付属議定書の調印を終えた。

明治２８年４月１７日調印の講和条約の主な内容は以下のとおり。

　　・朝鮮独立の確認
　　・遼東半島、台湾、澎湖島の割譲
　　・賠償金２億テールの支払
　　・通商に関し、西欧列強と均等の権利の授与
　　・開港場と開市場における工業企業権の確立
　　・条約履行の担保として威海衛の占領

西欧列強が干渉にでることは以前からある程度予想されたことで、必ずしも唐突の出来事ではなかった。極東への東侵政策をとっていたロシアはかねてより日清問題には関心を示し、暫定的現状維持政策から戦争中は一応静観の立場をとっていた。ところが予想に反し日本が大勝を博すると見るや、大陸割譲は現状変更になることからロシアの態度は積極的となり、侵略的意図を剥き出しにしてきたのである。
フランスは、当時の外交関係からみてその生存上ロシアとの密接な関係があった。ロシアが干渉を決意しドイツがこれに応じる動きを示すと、勢いこの二国に従わざるを得ない立場にあった。またドイツは開戦当初から日本に好意的ではあったがその行動はあいまいな点が少なくなかった。密かに清国に対し戦時禁制品を輸出したり退役将校を清国に関係させたりして自国の利益を図っていたのである。東洋の利害関係が比較的少ないドイツにとって、露仏同盟は脅威でありこの機会に露仏二国に接近を図り、ロシアの勢力を欧州から極東に向ける必要があった。いずれも国際関係の複雑さが絡んだ結果であったが、日本の外務当局はこの複雑な国際情勢を正しく理解してはおらず、陸軍が創生期に教師国としていた独・仏の同調を衝撃的に受け止めた。

中でも公然と干渉の度を強めたのはロシアであった。日本に停泊中の艦船に出港準備を命じたり予備兵を召集するなどといった対日恫喝を具体化させており、三国干渉の張本人がロシアであることは明白であった。

４月２４日　広島大本営で三国干渉のことを議する御前会議が開かれた。伊藤博文首相は採るべき案として３案を提示した。

　１　たとえ新たに敵国が増加するも三国の勧告を断固拒絶する
　２　列国会議を開催し遼東半島問題を協議する
　３　勧告を容れ清国に恩恵的に還付する

以上３案について討議を尽くしたが、１案は、陸海軍の戦力上到底勝ち目はない。２案は、列国会議がかえって新たな干渉を導く危険性があり、結局三国の勧告を容れざるを得なかった。日本外交の敗北であった。明治２８年５月１０日　遼東半島還付の詔勅が下り、全国民は万斛の涙を呑んで三国の武力干渉の前に屈した。 やがて、ロシア撃つべしとの声が期せずして沸き起こり、「臥薪嘗胆」は全国民の合言葉となって富国強兵に努めることとなった。
このときから日露戦争までの１０年間は近代日本史上最も民族的意識の発揚した時期となり、「臥薪嘗胆」は日露戦争で辛うじて勝利を収める原動力となった。

なお大東亜戦争の動因の一つは、支那事変に対する列国の蒋介石への援助−いわゆる援蒋−の排除にあったが、支那大陸に対する我が勢力の拡大を阻止し、妨害しようとする列強の動きは、既にその４５年前において見られたのである。