光绪二十年（1894），中日甲午战争爆发，李鸿章苦心经营的淮军一败涂地。北洋舰队也全军覆没，李鸿章洋务运动的军事目的宣告破灭。李鸿章权倾朝野日子也随之结束。然而李鸿章在创办军用、民用工业企业、发展教育、交通、通迅等领域开中国近代化先河所做出的贡献，是不可磨灭的。
签订条约深负民望
19世纪七八十年代以后，中国国内刚历经大规模的农民起义和英法联军的打击，国力相当虚弱，而此时外国资本主义已开始向帝国主义阶段过渡。他们更加加紧对中国的军事侵略和武装的掠夺，中国的边疆危机一日比一日严重。李鸿章等人针对这种变化，审时度势提出“外须和戎，内须变法”的洋务总纲。李鸿章大声疾呼中国绝不应昏睡于“天朝上国”的迷梦而抱残守缺，强调“我朝处数千年未有之奇局，自应建数千年未有之奇功”。
同治九年（1870），发生了天津教案，直隶总督曾国藩先受命处理，后由于受到多方面的责难而被迫离开，清廷不得不又命李鸿章继续处理。在李鸿章主持下，天津教案最后以清政府杀人偿命、赔款道歉等结案。
同治十三年（1874），李鸿章与秘鲁代表葛尔西耶在天津会谈，订立了保护华工的《会议专条》和《通商条约》。
光绪元年（1875），英国又一次派大型武装“远征队”侵入云南。美国驻华使馆特地派翻译官马嘉理去云南带路。当远征队进入云南省腾越厅的景颇人聚居处时，与当地人冲突，马嘉理被景颇人杀死。英国借此向清政府进行要挟，以下旗绝交相威吓。清政府忙派李鸿章与英国代表在山东烟台谈判。光绪二年（1876）九月二十三日，双方订立了《中英烟台条约》。条约内容除包括中国政府向英国道歉和赔款20万两白银以外，还有：允许英国人到西藏、云南、西北等地“游历”；中国政府开宜昌、芜湖、北海、温州为通商口岸；英国货物在中国免内地税等等。
光绪九年（1883），法国侵略越南，旨在以越南为跳板，侵略中国。李鸿章担心事态扩大，于光绪十年（1884）五月在天津与法国代表订立《中法简明条款》，承认法国对越南的“保护权”。法国毫无收敛，光绪十年（1884）六月，法军进犯越南谅山，七月法舰驶进福建马尾军港，八月法舰又犯基隆。在这一触即发的战争形势下，清政府中展开辩论。在辩论中，李鸿章扮演了畏敌投降的角色。他强调中国兵力虚弱，武器落后，不可开战，纵然一时胜利，也不会改变最终的失败的命运。
光绪十一年（1885）六月九日，李鸿章在天津与法国代表签订了《中法越南条款》，即通常所说的《中法新约》。通过这个条约，法国取得了在滇、桂与越南在战场上得不到的权益，这其中包括他们获得了在中国修筑铁路等特权。李鸿章的投降外交，使战争出现了中国不败而败，法国不胜而胜的奇怪结局。
光绪二十年（1894），日本政府以突然袭击的方式，挑起了蓄谋已久的对华战争——甲午中日战争。其目的，在于吞并朝鲜、满蒙，侵略中国，称霸亚洲以至整个世界。对于日本帝国主义的战争行动，李鸿章从一开始就持“保全和局”的态度，同时一再恳求列强出面“调停”。他并没有真正做好打仗的一切准备，对前方的军事情报，他漠然置之；对一些人的正确建议，也一概拒绝；甚至以严厉的态度，驳回了海军提督丁汝昌的几次请战。结果，陆战一败涂地，海战全军覆没，最后只得签订屈辱的《马关条约》。
在战争的最后阶段，清政府曾派总理衙门大臣、户部侍郎张荫桓和署湖南巡抚邵友濂赴日求和。但日本借口此二人权力不大，不够资格，拒绝谈判，指名道姓地要李鸿章到日本签约，同时，继续扩大事态，以达到最后迫使清政府就范的目的。由于战争的失利，李鸿章受到朝野一致的谴责，朝廷给他革职留任的处分，并拔去顶戴花翎，褫黄马褂。由于日方的坚决要求，清廷撤销对李鸿章的一切处分，授其为全权大臣，赴日谈判。李鸿章于是带着儿子李经方、美国顾问柯士达，从天津乘船出发。光绪二十一年（1895）三月二十日，在日本马关（今下关）的春帆楼，与日本首相伊藤博文、外相陆奥宗光开始会谈。一开始，伊藤博文就表明了日方的蛮横态度：对日本提出的各种苛刻条件，只准李鸿章回答“允”或“不允”。谈判到第三轮，李鸿章从春帆楼返回住处的途中，突然遭到一名日本浪人的袭击，一颗子弹击中左颧，进入左眼下面的软组织。日本天皇派御医来诊治，伊藤博文也前来探望。李鸿章先委托儿子李经方代理全权，同时又表示：国家处于危难之中，和局是大事。因此略加休养，便又继续会谈。在谈判中，日方步步紧逼，李鸿章唯唯诺诺，基本上答应了日本方面提出的要求。光绪二十一年（1895）四月十七日，李鸿章代表清政府，被迫签订了屈辱的《马关条约》。
光绪二十二年（1896），沙俄皇帝尼古拉二世举行加冕典礼，要求清政府派人参加盛典。清政府先派布政使王之春去，沙俄政府嫌他位卑言轻，不予接待，同时点名让李鸿章“参加盛典”。这已表明，在“参加盛典”的名目背后，将有一笔政治交易。清政府任命李鸿章为“钦差头等出使大臣”前往俄国，并于此后到英、德、法、美四国访问。沙俄特派专人到苏伊士运河北口的亚历山大港接李鸿章，然后乘专轮到俄国的敖德萨。四月三十日，李鸿章抵达俄国首都彼得堡，尼古拉二世在宫中亲自接见，给予了最隆重的礼遇。沙俄的笑脸背后，隐藏着叵测的居心。他们要借李鸿章来访之机，攫取我国东北主权。五月三日，沙俄财政大臣维特、外交大臣罗拔诺夫与李鸿章进行秘密会谈。李鸿章接受了沙俄100万卢布的贿赂，双方于六月三日签订了《中俄密约》。条约规定：若日本侵占俄国远东部分或中国东北地区，俄中两国要全力互相支援；战争期间，中国所有口岸均对俄国开放；中国允许沙俄在中国东北修筑经黑龙江、吉林直达海参崴的铁路，无论平时或战时，俄国均有权通过该铁路线运送部队和军需。这个表面上针对日本而实则为沙俄在我国东北扩大势力的条约，有效期15年。中国的东北地区，逐步成为沙俄的势力范围。李鸿章回国后，这个条约一直秘而不宣。在清政府中，只有极重要的几名枢臣知道此事。
忙于议和抑郁而终
李鸿章曾评价自己“少年科第，壮年戎马，中年封疆，晚年洋务。一路扶摇”。然而甲午战争却使他从权力的顶峰上落了下来，仅留文华殿大学士头衔，奉旨入阁办事。李鸿章在北京没有房产，只得借住在贤良寺，既不能预闻朝政，还不时受到政敌攻击。为此他很少外出访亲拜友，也不喜欢接待来访客人。但李鸿章并不甘心，他还时时刻刻企图东山再起。
光绪二十二年（1896），他被慈禧太后任命为全权特使，参加俄皇加冕庆典。而后他游历欧美，对欧美“立国政教”有了深刻认识，并进而与中国国情进行比较研究，得出欧美“上下一心”，中国“政杂言塞”的结论。因此在觐见光绪帝和慈禧太后时，李鸿章“历陈各国强盛，中国贫弱，须亟设法”。李鸿章本想借助出访欧美之机还督直隶，重温“坐镇北洋，遥执朝政”的旧梦，其此同时，欧美列强也热切希望清廷让李鸿章东山再起。然而事与愿违，李鸿章归国之后，于光绪二十二年奉命只在总理衙门大臣上行走。
光绪二十一年（1897）康有为等人在京组织“公车上书”，掀起维新运动。对维新运动的兴起、发展和失败，李鸿章一直给予暗中支持和同情，并还尽力保护维新派大臣及相关人士。这与他的自强变法思想分不开；但由于其更看重功名利禄，他的变法思想与维新派又有极大的不同。
光绪二十六年（1900），义和团运动爆发，英、法、俄、美、日、德、意、奥八国联军趁机挑起侵华战争。面对内忧外患，清政决定首先对义和团实行“安抚”，让义和团去打洋人。以求其两败俱伤，于是在六月二十一日，清朝向联军宣战，然而战争局势并不乐观。七月，慈禧太后见形势急转直下，急调李鸿章回任直隶总督兼北洋大臣，为向外国妥协做准备。此时，李鸿章已听不进香港总督卜力和革命党人要他两广独立的主张，离开两广北上。八月十四日，八国联军攻破北京，慈禧太后偕光绪帝和部分大臣仓皇出逃西安，途中下罪己诏，并严令剿杀义和团，并授权李鸿章“便宜行事”，让他与帝国主义商谈投降议和。庆亲王奕匡和李鸿章被任为议和全权大臣，收拾残局，实际上由李鸿章一手操纵。
起初，英、德等国态度强硬，拒不承认李鸿章为合法代表，甚至不承认以慈禧主后为首的清政府。俄、法等国担心德国在华势力的扩大，同时，素以“亲俄”出名的李鸿章，又私下与沙俄代表进行交易，许给天津一块租界，并答应满足沙俄在东北的侵略要求，于是沙俄同意从中斡旋。光绪二十六年十月底，所有侵华国家公使举行会议。十二月二十四日，各国代表商定一个《议和大纲》，共十二款，交给李鸿章。李鸿章连忙电告在西安“西狩”的慈禧太后。慈禧太后见各国并未追究自己，喜出望外，忙致电奕匡、李鸿章，全部答应了十二条要求。
光绪二十七年（1901）九月七日，各国强迫清政府签订了丧权辱国的《辛丑条约》。
条约签订之后，李鸿章奉命总理新成立的外务部事务。由于战乱的惊吓和忙于议和活动，加之，卖国条约受到舆论的强烈指责，李鸿章一病不起，于光绪二十七年（1901）十一月七日死去，终年78岁。正在从西安返京途中的慈禧太后得知这一消息后，立即派恭亲王溥伟（奕欣之孙）前往祭奠。照大学士例，赏给陀罗经被。慈禧太后又下诏：对李鸿章追谥文忠，晋封一等侯爵，赐太子师，入贤良祠祭祀。又命在李鸿章立过“功”的省份山东、江苏、浙江、福建、河南及上海、天津，建立专祠，并在北京东总布胡同原李宅设立专祠。在京师设立专祠，是清朝以来汉族大臣绝无仅有的荣耀。