中日政府同时宣战。甲午战争开始。中日甲午战争的整个过程，包括三个阶段：第一阶段，从1894年7月25日到9月17日。这时在清廷内部，以光绪帝为首的主战派占上风。是年慈禧太后60岁，她盼望从速结束战争，以免耽误她大办庆典，因此倾向和议，但迫于清议，一时间不敢公然主和。在此阶段中，战争是在朝鲜半岛及海上进行，陆战主要是平壤之战，海战主要是黄海之战。
邓世昌与“致远”舰部分官兵平壤之战发生于9月15日，是双方陆军首次大规模作战。当时驻守平壤的清军共35营，1万7千人；进攻平壤的日军有1万6千多人，双方兵力旗鼓相当。战斗在三个战场同时展开：其一为大同江南岸战场。晨三时,日军第九混成旅团在大岛义昌少将的指挥下，首先向大同江南岸清军发起进攻。太原镇总兵马玉崑督队英勇抗击,日军官兵死伤惨重，无力再战，大岛义昌负伤，只得下令退却，午后二时全部撤离战场。其二为玄武门外战场。玄武门为日军的主攻方向，因此集中了优势兵力，由立见尚文少将的第十旅团(又称朔宁支队)和佐藤正大佐的第十八联队(又称元山支队)担任主攻。高州镇总兵左宝贵登玄武门指挥，亲燃大炮轰敌，官兵感奋，英勇杀敌。激战中，左宝贵不幸中炮牺牲，其部下三位营官也先后阵亡，午后二时玄武门遂被日军攻陷。日军企图向城内推进，遭到清军阻击，只得退守玄武门。其三为城西南战场。晨七时，野津道贯中将亲率日本第五师团本队，从平壤西南用炮火掩护步兵冲锋，清军马队进行反击。至中午，野津道贯见难以得手，下令暂停攻击，退回驻地。此时对清军来说，战事尚有可为。但清军总统(总指挥)叶志超贪生怕死，于午后四时树白旗停止抵抗，并下令全军撤退。6天里，清军狂奔500里，于21日渡鸭绿江回国。日军占领朝鲜全境。
黄海之战发生于9月17日，是中日双方海军的一次主力决战。因这次海战发生于鸭绿江口大东沟(今辽宁东港市)附近海面，亦称大东沟海战。北洋舰队参加战斗的军舰为10艘，日本海军投入战斗的军舰则有12艘。从航速、火力等方面看，日方也占优势。中午十二时五十分开战，日本舰队先绕攻北洋舰队右翼的弱舰，北洋舰队将其拦腰截断，重创比叡、赤城、西京丸诸舰，使之丧失战斗力而逃出战场。日本舰队继而采取背腹夹击的战术，北洋舰队势大不利。其中致远舰已受重伤，管带邓世昌为保护旗舰，下令向敌先锋舰吉野猛，冲，以求同归于尽，不幸中敌鱼雷，舰身爆裂，全舰250人中除16人遇救外，其余壮烈牺牲。下午三时许，北洋舰队十舰中，沉四、逃二、伤二，只余定远、镇远两艘铁甲舰依然奋勇搏战，威海卫保卫战中清军阵亡士兵的遗骸并重创日本旗舰松岛，使之丧失战斗力。战至下午五时半，日本舰队气衰力竭，不敢恋战；向西南方向逃遁。海战中，提督丁汝昌受伤不退，激励将士；致远管带邓世昌、经远管带林永升冲锋于前，誓死搏敌；定远管带刘步蟾、镇远管带林春曾苦战于后，终于出现转机，粉碎了日本“聚歼清舰于黄海中”的狂妄计划。
平壤、黄海战后，日本方面广造舆论，大肆渲染胜利，更加刺激了其扩大侵略战争的野心。而在清朝方面，身负军事指挥重任的李鸿章则夸大失败，以进一步推行其消极避战方针，同时慈禧太后的主和也渐趋明朗化。第二阶段，从1894年9月17日到11月22日。在此阶段中，战争在辽东半岛进行，有鸭绿江防之战和金旅之战。
鸭绿江防之战开始于10月24日，是清军抗击日军入侵中国国土的首次保卫战。当时部署在鸭绿江北岸的清军共82营，约2万8千人。清政府任命宋庆为诸军总统，节制各军。日军进攻部队是山县有朋大将统率的第一军，包括桂太郎中将的第三师团和野津道贯中将的第五师团，共3万人。双方兵力不相上下。但是，宋庆虽负节制诸军之名，各军实则不服调度，而且士气不振，将领多无抗战决心。是日午前十一时，日军先于九连城上游的安平河口泅水过江成功。当夜,日军又在虎山附近的鸭绿江中流架起浮桥，清军竟未觉察。25日晨六时,日军越过浮桥，向虎山清军阵地发起进攻。清军守将马金叙、聂士成率部奋勇还击，因势单力孤，伤亡重大，被迫撤出阵地。日军遂占领虎山。其他清军各部闻虎山失陷，不战而逃。26日，日军不费一枪一弹占领了九连城和安东县(今丹东)。在不到3天内，清朝重兵近3万驻守的鸭绿江防线竟全线崩溃。
金旅之战也开始于10月24日，至11月22日旅顺口陷落，这是甲午战争期间中日双方的关键一战。日本第一军进攻鸭绿江清军防线的同一天，大山岩大将指挥的第二军2万5千人在日舰掩护下，开始在旅顺后路上的花园口登陆。日军的登陆活动历时12天，清军竟坐视不问。11月6日,日军进占金州(今辽宁金县)。7日，日军分三路向大连湾进攻，发现清军早已溃散，不战而得大连湾。日军在大连湾休整10天后，开始向旅顺进逼。当时旅顺地区清军有七统领，道员龚照瑟为前敌营务处总办，有“隐帅”之称，共辖33营，约1万3千人。18日,日军前锋进犯土城子，徐邦道指挥拱卫军奋勇抗御，将日军击退。是日，龚照瑟竟置诸军于不顾，乘鱼雷艇逃往烟台。19日，黄仕林、赵怀业、卫汝成三统领也先后潜逃。21日，日军向旅顺口发起总攻。22日占领旅顺口并血洗全城。
随着清军节节败退，在清廷内部，主和派已占上风，大肆进行投降活动。旅顺口失陷后，日本海军在渤海湾获得重要的根据地，从此北洋门户洞开，北洋舰队深藏威海卫港内，战局更加急转直下。
第三阶段，从1894年11月22日到1895年4月17日。在此阶段中，战争在山东半岛和辽东两个战场进行，有威海卫之战和辽东之战。
威海卫之战是保卫北洋海军根据地的防御战，也是北洋舰队对日的最后一战。其时，威海卫港内尚有北洋海军各种舰艇26艘。1895年1月20日，大山岩大将指挥的日本第二军，包括佐久间左马太中将的第二师团和黑木为桢中将的第六师团，共2万5千人，在日舰掩护下开始在荣成龙须岛登陆，23日全部登陆完毕。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5营3千人。营官周家恩守卫摩天岭阵地，英勇抵御，壮烈牺牲。日军也死伤累累，其左翼司令官大寺安纯少将中弹毙命。由于敌我兵力众寡悬殊，南帮炮台终被日军攻占。2月3日日军占领威海卫城。威海陆地悉被敌人占据，丁汝昌坐镇指挥的刘公岛成为孤岛。连日来，日军水陆两路配合，先后向刘公岛和威海港内北洋舰队发动八次进攻，均被击退。在此期间，日本联合舰队司令伊东祐亨曾致书丁汝昌劝降，遭丁汝昌拒绝。5日凌晨，旗舰定远中雷搁浅，仍做“水炮台”使用，继续搏战。10日，定远弹药告罄，刘步蟾下令将舰炸沉，以免资敌，并毅然自杀与舰共亡。11日，丁汝昌在洋员和威海营务处提调牛昶晒等主降将领的胁迫下，拒降自杀。洋员和牛昶晒等又推署镇远管带杨用霖，出面主持投降事宜。杨用霖拒不从命，自杀殉国。12日，由美籍洋员浩威起草投降书，伪托丁汝昌的名义，派广丙管带程壁光送至日本旗舰。14日，牛昶晒与伊东枯亨签订《刘公岛降约》，规定将威海卫港内舰只、刘公岛炮台与岛上所有军械物资，悉数交给日军。17日，日军在刘公岛登陆，威海卫海军基地陷落，北洋舰队全军覆没。辽东之战持续的时间很长。自日军突破清军鸭绿江防线后，连占凤凰城、岫岩、海城等地。清政府调两江总督刘坤一为钦差大臣督办东征军务，授以指挥关内外军事的全权，并任命湖南巡抚吴大澂和宋庆为帮办，以期挽回颓势。从1895年1月17日起，清军先后4次发动收复海城之战，皆遭挫败。2月28日，日军从海城分路进犯，3月4日攻占牛庄，7日不战而取营口，9日又攻陷田庄台。仅10天时间，清朝百余营6万多大军便从辽河东岸全线溃退。