1895年，中國在甲午戰爭中失敗，被迫割讓臺灣島和澎湖列島，南海的東北大門洞開，日本成為清末中國在南海的最大威脅。日本打出“殖產興業”的旗號，想攫取南海的資源。

1901年夏，日本商人西澤吉次遇風漂到東沙群島中最大島嶼——東沙島，他看到島上鳥糞資源豐富，就取標本到臺灣基隆化驗，結果發現東沙島上存在豐富的磷礦資源。次年，西澤吉次率人竄入東沙島，竊取磷肥回臺灣出售，引起清政府的注意。同年，清政府派官員到東沙島巡查，并豎紀念碑作為主權標志。

1906年以后，日本政府推動所謂“水產南進”，日本船只“長風”號和“四國”號先后侵入東沙海域，驅趕中國漁民，搗毀中國的主權碑，拆毀東沙島上的廟宇。

喪心病狂的日本侵略者竟將島上百余座中國居民的陵墓用鐵器掘開，挖出遺骸，焚化后推入水中。在銷毀中國人居住的痕跡之后，西澤吉次在島上懸掛日本旗，宣稱占據“無主土地”，并擅自將島嶼命名為“西澤島”。同年，日本漁船大舉南下，一直竄到南沙群島，掠奪中國漁業資源。日本海軍也蠢蠢欲動，試圖為日本商人和漁民的侵略活動“保駕護航”。據史料記載，1907年冬，“日本突由從臺灣方面開來軍艦一艘、商輪一艘，滿載軍火及日民，圖謀占我東西沙島”，這遭到中國漁民的堅決抵抗，清政府聞訊后與日本交涉，迫使日本艦船退回。

清朝外務部獲悉日本的侵略行徑后，責令兩廣總督張人駿查明東沙情況，對日交涉，同時命令南洋大臣派出軍艦巡查。

張人駿奉令約見日本駐廣東領事賴川淺之進，該領事狡辯，稱若中國認為該島為轄境，須有地方書志，及該島應歸何官何營管轄的確切證據。此時，這位號稱中國通的領事，得知東沙島上的廟宇已拆，陵墓已毀，自以為無可對證。他還自以為是地認為，中國的史書和地方志，只詳細介紹陸地之事，對于海中島嶼暗礁一向極為簡略，清政府不可能提交令人信服的中國管轄證據。在張人駿的努力下，清政府在短期內找到了證明東沙群島屬于中國的歷史文獻，如王之春著《國朝柔遠記》、英國海軍海圖官局編《中國江海險要圖志》等和中文、英文的地圖。

在外交斗爭的同時，晚清時代艱難起步、屢敗屢戰的中國海軍，也勇敢擔當起保衛海疆的重任。曾在威海衛與日軍血戰的北洋水師管帶(艦長)薩鎮冰，此時已成長為中國海軍的最高將領，擔任廣東水師提督，兼任南北洋海軍統領。

1908年，薩鎮冰派出飛鷹號兵艦和海關的艦只兩次巡查東沙群島。飛鷹號是19世紀90年代從德國購進的，時速高達30海里，是甲午戰后中國海軍的主力艦艇之一。該艦管帶黃鐘英等官兵走訪了尚在東沙海域堅持捕魚的中國漁民，發現廟宇雖被日本人拆毀，地基和石塊還能辨認，眾多漁民紛紛提供在此長期生產生活的證據，控訴日本侵略者的暴行。

最終，日本方面在確鑿的人證物證前啞口無言，1909年，被迫承認東沙島為中國固有領土，侵占該島的日本人撤離，將該島交還中國，并且賠償中國漁民的損失，補交侵占期間中國損失的稅款。

在反抗日本侵占東沙的斗爭中，中國漁民堅持在第一線，清朝中央外交機構、地方政府和海軍密切配合，進行了有勇有謀、有理有節的斗爭，取得了晚清反侵略史上罕見的全面勝利。

此后，清朝更加重視對南海漁業資源和中國漁民的保護，水師提督李準和副將吳敬榮、劉義寬等，率兵170人分乘“伏波”、“深航”諸艦，巡視西沙和南沙群島并于永興島升旗鳴炮，公告中外，重申南海諸島為中國領土。清朝政府本來打算在南海諸島進一步加強守備，建立無線電臺，后由于辛亥革命爆發未能實現。