赛马集东近叆阳，西接连山关。黑龙江将军依克唐阿所部弃守宽甸之后，即退驻于赛马集一带。日军立见支队由凤凰城向赛马集进军时，分兵一部（步兵一个大队、骑兵炮兵各一个小队）由少佐今田唯一率领，经雪里站、通远堡、草河口，西犯连山关。当时，连山关、甜水站诸点由吕本元、孙显寅所部盛军驻守，其西面的摩天岭由聂士成部驻守。由于宋庆奉命率所部毅军并铭军南下救援旅顺，连山关、摩天岭一带防务由聂士成统管。
11月12日，今田唯一所部骑兵陷连山关，直逼摩天岭。聂士成部顽强抵抗，日军不得逞，撤回连山关。在西犯摩天岭的同时，日军一个小队偷袭赛马集，侦察依克唐阿部虚实，遭到依军打击，死伤惨重。日军西则阻于摩天岭，东则败于赛马集，不得已于11月24日撤离连山关，集结于草河口一带，阻隔聂、依两军不能相援。26日，聂、依两军东西夹击，大败草河口日军。日军前进受阻，又恐凤凰城老巢空虚，后路危险，便于12月5日弃草河口，返回凤凰城。此时，聂、依两军声势相通，拟合力南下，收复凤凰城。依克唐阿分兵一部绕道理阳指向凤凰城侧背。立见尚文留兵一部守城，自率大队北上迎击自通远堡南下的清军。9日，双方激战于通远堡南面的金家河，彼此伤亡甚众。12日至15日，清军连战皆败，终未能收复凤凰城。这时，日军第3师团已陷海城，辽阳危急。依克唐阿奉命西援辽阳，与宋庆及吉林将军长顺会合，以固沈阳门户。此后，辽阳以东防务主要由聂士成部承担。聂部以摩天岭阵地为中坚，长期与敌相持，日军始终未能越岭西进。
日第2军攻陷旅顺之后，其第1军司令野津道贯即建议大本营准其进军海城，以消除旅大方面日军的后顾之忧。
12月上旬，由摩天岭奉命回援旅顺的宋庆所部毅军和铭军屯于盖平，由岫岩败退的丰升阿、聂桂林所部十余营驻析木城。12月10日，日军第3师团全队西犯。11日，清军屡战皆败，丰升阿、聂桂林夜奔海城，析木城遂于12日为日军侵占。13日，日军乘势进攻海城。清军稍事抵抗，即退奔辽阳，海城为敌所占。辽阳、盖平、营口、牛庄等处告急。清廷更觉奉天省城势危，急令依克唐阿、长顺各率所部西援，以护辽阳，令宋庆率所部自盖平北上，以护营口、牛庄。
日军攻占海城后，以孤军（约6000人）防守重地，颇觉力单，于是，野津道贯率第1军司令部和军预备队由安东移驻岫岩（1895年1月5日到达），同时，请求第2军分兵一部协攻盖平，以便两军声势相通。1月10日上午，盖平陷落。从此，日第1、2军声势联络，辽东清军进一步陷入被动。
自平壤之战以后，清廷以淮军不可恃，便起用湘军旧将魏光焘、李光久等，令其募兵北援。1895年1月，光绪帝又召湘军首领两江总督刘坤一入京，授为钦差大臣，令湖南巡抚吴大澂、淮军总统宋庆共同帮办刘坤一军务。1月14日，清廷以日军既据海城，又陷盖平，关外军情吃紧，乃令新授钦差大臣刘坤一迅赴山海关驻扎调度，节制关内外各军。并令自动请缨的吴大澂统率新疆布政使魏光焘所部新湘军、总兵刘树元所率抚标军、吴元恺所率恺字军等，“即日拔队出关，分起进发，会合宋庆等军，相机进剿”，于是，宋庆于田庄台坐待援军。
这时，奉命扼守辽阳的黑龙江将军依克唐阿和吉林将军长顺深感责任重大，与其坐待日军来攻，不如乘其占领未固之际先发制胜。于是商定以集结于腾鳌堡、鞍山站一带的50余营约两万人的兵力，“分左右两路，步步前往，相机攻海”。1月17日，依、长两军已前进至海城北面，距敌人前沿阵地仅二里许。西路依军包抄至二合子，东路长顺军包抄至头河堡，东西绵亘近30里。日军扼守城北欢喜山和双龙山（山上均筑有炮台），并有步、骑、炮兵列阵以待。当清军发起攻击时，日军步骑数千人在炮火掩护下蜂拥齐出。清军大半使用土枪，射程小，射速慢，加之旗汉兵团心志不齐，相持不久，西路依军先退，东路长顺军继之，第一次反攻海城遂告失败。
1月22日，依、长两军又分左右两路会攻海城。依军自长虎台向欢喜、双龙二山之间的三里桥突击，为欢喜山日军炮火所阻，又折而北，经沙河沿绕出欢喜山之西，拟攻海城之西北角。长顺军则从头河堡向海城东北的双龙山发动进攻，终因日军炮火猛烈而不得进。下午，日军发起反击，依军大量伤亡，经大富屯向西北方向退走。东路长顺军亦退。第二次反攻海城又归失败。
此后，山东半岛军事形势日趋恶化，清廷主战派为了从辽东战场捞回一点面子，急欲乘日军战略重点南移之机，一举收复海城。2月7日，军机处奉旨电谕长顺和依克唐阿，务期一举攻拔，再向南路与宋庆会合，节节扫荡。依、长二将鉴于前两次攻海失败，深感兵力尚单，商请宋庆出兵会攻。2月11日，吴大澂到达田庄台，其所部除道员李光久军（老湘军五营）已先期出关屯于牛庄外，总兵刘树元所率亲兵六营亦已到达牛庄。又总兵梁永福所率凤字军五营，也于前一日从田庄台开入牛庄。于是，依克唐阿、长顺与宋庆等商定，于2月16日以九十余营3万余人的兵力，再次反攻海城，依军自北面进攻大教场为中路，长顺军进攻玉皇山为东路；李光久和徐邦道各率所部从柳公屯进攻唐王山为西路。但第三次反攻海城又未成功。
2月21日，清军上述各部再次会攻海城。同时，宋庆依约率所部毅军、铭军（统领刘盛休已撤职，改由姜桂题接任）及河南嵩武军（总兵刘世俊统领）等五十余营近2万人进攻盖平北面的太平山日军，一则配合攻海，二则为日后收复盖平作准备。宋庆军一度占领太平山，并与敌相持三日。24日，日军三面来攻，清军大败，退回营口以东地区。此时，清军第四次会攻海城亦告失败。
日军为了扭转局面，决定趁冰冻未解之际，由盖平、海城、凤凰城分路进攻：一由盖平北趋营口；一由凤凰城经黄花甸、三家子赴鞍山站；一路出海城北攻依、长两军，经甘泉堡指向鞍山站之南的牛庄。
2月28日凌晨，未等清军发起第五次反攻，海城日军第3师团便分路出击。激战约3小时，中路依军败退。恰在这时，辽阳南90里之吉洞峪为出凤凰城的日军第5师团袭占，辽阳大震。辽阳知州徐庆璋请援于依克唐阿，依便托词援辽，率部北走，长顺军也随之而去。日军跟踪追击，一举夺占鞍山站。不久，第5师团也间道来会。除留兵一部控制鞍山站外，日第3、第5师团合军西指牛庄。
8月2日和4日，魏光焘、李光久先后率部回援牛庄。两部新老湘军共11营，均困守于城内。4日，日军三路围攻牛庄，李光久等弃军而逃。清军在无人指挥的情况下，殊死搏斗，与敌相持竟日，最后伤亡近2000人，被俘600余人。日军也死伤近400人，其中有今田唯一等将佐军官15人。这是中日甲午战争中唯一的一次大规模巷战，清军英勇拼杀，表现了中国人民敢于同侵略者血战到底的牺牲精神。
牛庄失守后，吴大澂率部由田庄台退往双台子，宋庆则连夜率全军主力退扎田庄台，只留少数兵力守营口。3月7日，由牛庄出发的日军轻取营口，并与盖平北上的日军会师。
田庄台四面平坦，加之当时辽河仍然封冻，更是无险可守。3月9日，日军第1、第3、第5师团分路来攻，宋庆军大败。被围于田庄台内的清军则被日军纵火焚烧，死者2000余人。田庄台陷落后，宋庆、吴大澂等率残部退往石山站（锦州东）。从此，自田庄台沿辽河而东，自鞍山站而西，皆为日军所占，辽东会战落下帷幕。
辽东会战，日军大获全胜。而清廷，淮军既溃于先，湘军复败于后，遂向日方发出和谈的信息，并派代表多次与日方接触。然日方态度强硬，拒绝谈判。此时，从山东传来消息：威海卫已受到日本联合舰队的数次袭击，中国北洋舰队陷于日本陆海两军夹击之中。原来，日本之所以拒绝谈判，是为了在军事上赢得足以使清政府屈服的资本，以便在谈判桌上取得更多的东西。
1894年12月中旬，日本大本营在原来的第2军基础上成立了山东作战军，以陆军大将大山岩为司令，下辖两个师团即第2、第6师团。第2师团包括陆军少将山口素臣率领的步兵第3旅团和陆军少将伏见贞爱亲王率领的步兵第4旅团，师团长为陆军中将佐久间左马太。第六师团包括陆军少将大寺安纯率领的步兵第11旅团和陆军少将长谷川好道率领的第12旅团，师团长为陆军中将黑木为桢。
12月14日，海军军令部长桦山资纪给联合舰队司令伊东下达了作战命令：联合舰队协同第2军攻占威海卫，消灭北洋舰队，并运送第2军在山东半岛登陆。两天后，伊东又接到大本营进攻威海卫的正式电令。
数天后，伊东派遣平山藤次郎海军大佐等乘“高千穗”号去荣成湾选择登陆地点。最后选定荣成湾内龙须岛以西的海滩为登陆地点，并得到大本营的批准。
根据大本营部署，重新改编的第2军分两批赴大连湾集中。第一批是第2师团，由在广岛待命的佐久间左马太中将率领，于1895年1月10日从宇品港乘船出发；第二批是第6师团，由黑木为桢中将率领，从门司港乘船出发。运兵船由联合舰队护送。
重新改编的联合舰队包括五队，一是本队（“松岛”“千代田”“桥立”“严岛”号四舰）；二是第1游击队（“吉野”“高千穗”“秋津洲”“浪速”号四舰）；三是第2游击队（“扶桑”“比睿”“金刚”“高雄”号四舰）；四是第3游击队（“大和”“武藏”“天龙”“海门”“葛城”号五舰）；五是第4游击队（“筑紫”“爱宕”“摩耶”“大岛”“鸟海”号五舰）。为配合陆军作战，海军制订了《联合舰队作战大方略》，详细规定了掩护陆军上岸及协同陆军作战的方案。为消灭北洋舰队，伊东还制订了“围困北洋舰队，及至其走投无路时逼迫丁汝昌投降”的作战方针。这个方针经大山岩同意，由伊东授命国际法顾问、海军教官高桥作卫起草致丁汝昌的劝降书，准备在荣成湾登陆的前一天送交丁汝昌。至此，日本入侵山东的准备工作基本就绪。
1895年1月18日，日军按预定计划开始了进攻行动。第1游击队司令鲛岛员规奉命炮击登州，制造声东击西的假象，以牵制山东半岛西部清军，不使其东来。是日黎明，鲛岛率领第一游击队的“吉野”“秋津洲”“浪速”号三舰，由大连湾出发，下午2时40分到达登州海岸。下午3时，日舰开始炮击，“开花弹”落入城内，居民骇逃。清军立即应战，从府城东门外海岸发炮还击，但都没有打中，日舰遂驶向成山海面。
1月19日下午1时45分，日舰故伎重演，又来炮击登州。丹崖山清军炮台开炮还击，炮声隆隆，势颇猛烈。步兵也相继出动迎战。丹崖山旁的水城上，旧有明代防倭铜炮一尊（戚继光所铸，名叫“镇海侯”）。登州总兵夏辛酉便发此炮还击，但没有击中，炮弹落在“吉野”号旁边。“吉野”号在完成隐真示假、虚张声势的任务后，与其他两舰会合一同往东驶去。
是日晚7时，第1游击队的三舰返回途中与本队的“高千穗”号相遇。原来“高千穗”舰长野村贞海军大佐奉命来威海卫侦察北洋舰队是否在港内。19日上午7时，“高千穗”号驶至距刘公岛20海里的地方，忽然云雾弥天，不久下起雪来，根本无法观察。下午1时，雪停天晴。“高千穗”降下舰旗，偷偷驶近威海卫南口，野村贞举起望远镜一望，只见十余艘清兵舰整整齐齐地停泊在日岛附近。就在此时，他又看见日岛炮台上信号旗频频摇动，似欲开炮，便立即下令返航。在途中遇到第1游击队三舰，便挂起“敌舰尚在”的信号，一同驶往成山头与联合舰队会合。
日本联合舰队是1月19日从大连湾起锚护送运兵船来成山头的。是日，50艘运兵船载运3万多人，在25艘兵舰护卫下分三批出发，来到成山头西面的龙须岛。龙须岛系一半岛，由成山大西庄村至卧龙村之间向南伸入海中。此岛西北角有数条长礁，似龙须深入海中，故名龙须岛。岛的东、西、南三面礁石林立，船不能靠岸，只有岛北面大西庄村从西至落凤沟村以东一带海岸全是沙滩，适宜登岸。此处因渔船聚泊，故称“划子窝”。明代防御倭寇入侵，在这里设置了成山卫。清代雍正年间改置荣成县，以成山卫为县治。长期以来清军未在此设防，及至日军登陆前山东局势紧张，山东巡抚李秉衡才派不满两营的清军防守，根本无法抵挡日军入侵。
1月20日黎明前，日本联合舰队的先遣队“八重山”“爱宕”和“摩耶”号三舰最先到达荣成湾。5时30分，先遣队三舰各放下舢板一只共载51人，由海军大尉平山泽七郎指挥登陆。被清军哨兵发现，一时枪炮齐发。日军跳上舢板，一面发火箭向本舰报警，一面驾舢板退驶。此时掩护先遣部队的第4游击队“筑紫”“鸟海”“大岛”“赤城”“天城”号五舰开到，“八重山”“爱宕”“摩耶”号三舰便联合第4游击队五舰，一字摆开，向岸上开排炮轰击。
清军驻守落凤沟村的一营河防军原非正规军，见如此猛烈的炮火便仓皇西逃。驻守大西庄村的巩军队长戴金容，见势不妙，也带队西撤。驻守成山头始皇庙的巩军，听到从龙须岛传来的炮声，先撤到山北，后沿北海岸退至威海卫。这样，成山一带已没有一个清兵。日军又在舰上开了两个多小时的排炮，才开始登陆。
9时左右，19艘运兵船在联合舰队本队“松岛”“千田代”“桥立”“严岛”号四舰护卫下抵达荣成湾。截至25日，日军34600人（包括夫役）及马3800匹全部登陆完毕。同日，第2军司令部进驻大西庄，大山岩住在万顺渔行，将此渔行作为第2军临时指挥部。
25日下午，第2师团长佐久间左马太令步兵第4联队为前卫，向荣成县进犯。因大雪难行，直至晚上7时才抵城下。当时荣成县只有徐抚辰的一营兵。知县杨永泽早已逃到城东秀才孙绍峰家躲藏起来，后来化装混出城外，逃到济南去了。晚上7点多钟，日军第4联队不费一枪一弹，从东门进入荣成县城。当地百姓对不战而逃的清军作诗讽刺道：“寇入荒城惊破胆，兵皆鼠窜奈他何！”
日军山东登陆的消息传到清廷，引起清政府内部主战派的强烈愤慨。翰林院侍读学士文廷式闻得日军山东登陆，急忙赶到宫内谒见光绪帝，呈上《贼情险诈请申天威以作士气折》，洋洋数千言，慷慨激昂，指出过去屡败全是李鸿章及其党羽所为，千万不可讲和，请求光绪帝撤回议和大臣张荫桓，坚持抗战到底。这更坚定了光绪帝打下去的决心。他在日军登陆后的第二天（1895年1月21日）即下谕旨说：“倭兵登岸，荣成失守，览奏殊深愤懑。著李秉衡厚集援军，迅往遏截。”1月23日，又下谕旨：“我海舰虽少，而铁甲坚利，则为彼所无，与其坐守待敌，莫若乘间出击，断贼归路。”山东巡抚李秉衡积极调遣兵力，决意与日军决一死战。