整個戰爭持續近9個月，依據戰場轉換及雙方作戰態勢的變化，大致分為三個階段。

第一階段，清軍陸軍自平壤敗退鴨綠江，日海軍奪得黃海制海權。

8月上旬，總兵衛汝貴、馬玉？、左寶貴和副都統豐升阿等四部援朝清軍萬余人先后抵達平壤。其時占據漢城之日軍為混成第9旅，共8000余人。

8月中旬，日本大本營根據海軍主力決戰時間難以預料，并以年內已無法實行直隸平原決戰，乃修改其"作戰大方針"第一期作戰計劃，除已派第5師余部赴朝外，又增遣第3師參戰，兩師合編為第1集團軍。將陸軍在朝鮮的牽制作戰改為攻勢作戰，由第1集團軍執行平壤之戰，相機進攻奉天(今沈陽)的任務。同時，決定組建第2集團軍，待機攻占遼東半島，為爾后直隸平原決戰建立前進基地。

9月初，日軍第5師和第3師一部由漢城等地出發，分四路向平壤推進，對平壤清軍取包圍之勢。新近由成歡敗退的提督葉志超奉命總統平壤各部清軍，因其戰守無策，各部心志不齊。9月15日，日軍分三路總攻平壤，戰斗至為激烈。午后，玄武門失守。入夜后，葉志超等棄城而逃，至26日全部退至鴨綠江以北中國境內。

在陸軍爭奪朝鮮半島的同時，日本海軍聯合艦隊亦前出至黃海西部，甚至闖到威海衛和旅順軍港挑戰，企圖尋機與北洋艦隊進行主力決戰。北洋艦隊在豐島海戰后拘于"保船制敵"之令，主要巡弋于威海、旅順之間，將黃海制海權讓給日本海軍。9月上旬，清廷鑒于平壤將有大戰，擬由海路迅速運兵赴援，北洋艦隊奉命護航。9月17日，北洋艦隊在完成護航任務后正準備由大東溝口外返航，突與搜索前進的日聯合艦隊遭遇，隨即爆發了著名的黃海海戰。戰斗歷時5個多小時，北洋艦隊沉毀5艦，傷4艦，日本聯合艦隊傷5艦。

日軍在第一階段作戰中，適時調整作戰計劃，海陸同時出擊。平壤之戰不但擊敗在朝清軍，且一舉將戰線推進至鴨綠江邊，直接威脅中國本土。清軍由于平壤迅速敗退，不僅使"海守陸攻"的總計劃歸于失敗，且來不及在鴨綠江一線組織堅固防線，以致在第二階段作戰中仍然陷于被動。在海戰方面，北洋艦隊實力被嚴重削弱，日本聯合艦隊達到了控制黃海制海權的目的，使爾后的戰局能朝著其二期作戰計劃的第一案方向發展。

第二階段，日軍突破清軍鴨綠江防線，并在花園口登陸。

平壤之戰和黃海海戰后，日本為實施"作戰大方針"中直隸平原決戰的計劃，決定以陸軍第2集團軍向中國遼東半島進行登陸作戰，突破渤海灣門戶。陸軍第1集團軍則向鴨綠江清軍防線發起攻擊，造成對清朝祖宗陵寢之地奉天的巨大壓力，掩護第2集團軍的登陸作戰。清廷則采納李鴻章之議，實行"嚴防渤海以固京畿之藩籬，力保沈陽以顧東省之根本"(《李文忠公全書》奏稿卷七十八)的平分兵力方針。在實際兵力部署方面，由于對日軍主攻方向判斷失誤，以及過分眷顧祖宗陵寢，集重兵于鴨綠江一線和奉天、遼陽之間。同時，為保衛北京，又令各省抽調兵力，駐守山海關至秦皇島之間，以及天津、大沽、通州(今北京通縣)等地。致使地處渤海門戶正面的遼東半島兵力不足，又多系臨時填防部隊，加之黃海制海權已被日軍所得，失去海軍掩護，防御極其空虛。

鴨綠江江防之戰開始于10月24日。駐守鴨綠江北岸的清軍共82營約3萬人，四川提督宋慶為諸軍總統。防線分中、東、西三段，以九連城一帶為主防御陣地。兵力成一線部署，各部之間缺乏協同，縱深內又無強大預備隊。日軍第1集團軍先于九連城上游的安平河口突破成功，繼于虎山附近的鴨綠江上搭浮橋搶渡并攻占虎山。其他各部清軍聞虎山失陷，不戰而逃。26日，日軍未遇抵抗即占領九連城和安東(今丹東)。清軍鴨綠江防線崩潰。

在日軍第1集團軍進攻鴨綠江清軍防線的同一天，大山巖上將指揮日軍第2集團軍2.5萬人在日艦的掩護下，開始在旅順后路的花園口登陸。日軍的登陸活動歷時十余天，清軍竟坐視不問。11月6日，日軍攻占金州(今屬大連)。7日，分三路向大連灣進攻，發現清軍早已潰散，唾手而得大連灣。17日，日軍開始向旅順口進逼。駐守旅順口地區清軍7名統領互不統屬，1.4萬余名官兵軍心渙散。18日，日軍前鋒進犯土城子，只有總兵徐邦道指揮拱衛軍奮勇抗擊。22日，日軍陷旅順口，并血洗全城。

在戰爭的第二階段，清軍節節敗退，不可收拾。

清廷內部的主和主張漸占上風。旅順口失陷后，日本海軍在渤海灣獲得了重要的前方基地。從此，渤海灣門戶洞開，北洋艦隊深藏于威海衛港內，戰局更加急轉直下。

第三階段，清軍在山東半島和遼東兩個戰場全面潰敗。

日軍攻占旅順后，大本營鑒于渤海灣冬季封凍，登陸困難，決定暫時擱置直隸平原決戰方案，代之以進攻威海衛，消滅北洋艦隊，為爾后直隸平原登陸決戰進一步提供安全保證的新計劃。為此，以陸軍第2集團軍為基礎組建"山東作戰軍"，大山巖上將任司令長官，共2.5萬余人。又令聯合艦隊協同山東作戰軍作戰，并以陸軍第1集團軍在遼東戰場進行佯攻，繼續吸引清軍主力。

清廷對日軍主攻方向再次判斷失誤，以為日軍第1、第2集團軍將并力攻取奉天，以主力打通錦州走廊，進逼山海關，然后與從渤海灣登陸之部隊會攻北京。因此以重兵駐守奉天、遼陽及天津至山海關一線，關內外總兵力達10萬以上，而于日軍的主攻方向山東半島則僅部署官兵3萬余人，其中駐守榮成(今舊榮成)的僅1400余人。至于北洋艦隊，則根據李鴻章"水陸相依"的防御方針，龜縮于威海衛港內。

1895年1月20日，日"山東作戰軍"在榮成龍須島登陸，占榮成。隨即分南北兩路向威海南幫炮臺進行抄襲。30日，南幫炮臺陷落。2月1日，日軍占領威海衛城。此后，日軍水陸配合，攻擊劉公島和港內北洋艦隊。北洋艦隊提督丁汝昌等先后自殺殉國。17日，威海衛海軍基地陷落，北洋艦隊覆滅(見威海衛之戰)。

遼東之戰持續時間較長。自日軍突破清軍鴨綠江防線之后，連占鳳凰城(今遼寧鳳城)、岫巖、海城等地。清政府調任兩江總督劉坤一為欽差大臣，賦以指揮關內外軍事的全權，并任命湖南巡撫吳大？和宋慶為幫辦，以期挽回頹勢。1895年1月17日起，清軍先后數次大規