战斗开始不久，北洋舰队旗舰“定远”舰由于下水12年，7年未修，主炮炮塔起火，丁汝昌烧伤，信旗被毁（一说为被日军舰炮击中）。丁汝昌拒绝随从把自己抬入内舱，坚持坐在甲板上督战。可是他也只能鼓一舰士气。日第一游击队4舰利用航速优势绕攻北洋舰队右翼“超勇”、“扬威”，二舰相继被击中起火，退出战斗。日舰“吉野”也被北洋舰队击中起火，但很快被扑灭。13时30分左右，“超勇”沉没，管带黄建勋落水，“左一”鱼雷艇驶近相救，抛长绳援之，黄建勋不就，从容死难，舰上官兵也大部壮烈牺牲。
当日本第一游击队绕攻北洋舰队右翼时，本队也与北洋舰队主力交相攻击。日本军舰“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”遭到北洋舰队截击。
“定远”、“来远”、“经远”重创日舰“比睿”、“赤城”。“赤城”舰长坂元八太郎阵亡。“西京丸”也受重创。
14时15分左右，日本舰队绕至北洋舰队背后，与第一游击队形成夹击之势。北洋舰队腹背受敌，队形更加
混乱。在混战中，北洋舰队一直冲杀在前的“致远”舰受到“吉野”、“高千穗”等的集中轰击，多处受伤，船身倾斜。伊东祐亨令第一游击队救援“赤城”、“比睿”。“吉野号”冲在最前面，正遇上全身着火的“致远”舰。邓世昌见吉野恃其船捷炮利，横行无忌，愤而说道：“倭舰专恃吉野，苟沉是船，则我军可以集事。”决意与之冲撞，同归于尽。邓世昌毅然全速撞向日本主力舰“吉野”号右舷，日本官兵见状大惊失色，集中炮火向致远射击，致远舰右侧鱼雷发射管被击中，引起大爆炸，3时30分，以右舷倾斜，在东经123度34分，北纬39度32分的黄海海面上沉没。全舰官兵除七名遇救外，其余自邓世昌以下全部壮烈殉国。（此说法目前最接近事实，致远舰冲向吉野号，有可能就是为了使用鱼雷攻击。也有另外的说法是致远舰是被日舰火炮击沉，战前北洋水师已经把鱼雷抛入海中。
“经远”继续迎战“吉野”，遭吉野、浪速、秋津洲、高千秋四舰围攻，中丛弹起火，全舰奋勇抗御，经远全舰将士“发炮以攻敌，激水以救火，依然井井有条”。经远舰以一敌四，拒战良久。激战中，管带林永升不幸“突中炮弹，脑裂阵亡”，帮带大副陈荣和二副陈京莹也先后中炮牺牲。最后在浪速、吉野、秋津洲、高千秋的围攻下经远舰中弹累累，不久，“左舷舰首向水中沉下”，在东经123度40分7秒，北纬39度51分海面上，舰首向东，左舷倾覆而沉没。全舰官兵二百余人，除十六人遇救外，其余全部阵亡。
“致远”沉没后，“济远”管带方伯谦、“广甲”管带吴敬荣，临阵脱逃（方伯谦等是否临阵脱逃，有不同看法）。“靖远”、“来远”因中弹过多，退出战斗，避至大鹿岛附近紧急修补损坏的机器。
定远、镇远两舰浴血奋战，中弹甚多，几次起火。
下午3时30分，镇远舰的30.5公分大炮连续击中日本旗舰“松岛”号二次。松岛后甲板四号炮塔中弹后，火焰引发炸药，发生了大爆炸。松岛船轴倾斜5度，冒起白烟，火灾大作。
不久，靖远、来远抢修完毕，重新投入战斗。日本军舰赤城、比睿、西京丸负伤，旗舰“松岛”情况也不容乐观，“吉野”、“扶桑”也受了伤，又见北洋舰队重新集队，伊东祐亨便于17时40分左右下令撤出
战场。
北洋舰队稍事追击，也收队返回旅顺。历时5个多小时的黄海海战到此结束。
黄海海战历时5个多小时，其规模之大，时间之长，为近代世界海战史上远东战区所罕见。
海战的结果：北洋舰队损失“致远”、“经远”、“超勇”、“扬威”、“广甲”（“广甲”逃离战场后触礁，几天后被自毁）5艘军舰，死伤官兵千余人；日本舰队“松岛”、“吉野”、“比睿”、“赤城”、“西京丸”5舰受重创，死伤官兵600余人。此役北洋水师虽损失较大，但并未完全战败。然而李鸿章为了保存实力，命令北洋舰队躲入威海港内，不准巡海迎敌。
黄海海战进一步揭露出了清朝的腐败无能，北洋水师建立之初，舰队在火力和整体吨位上远超当时的日本海军，日本海军的制定扩充海军计划，为筹集经费，天皇甚至从后宫经费中拨款给海军，而清廷则十年不添一舰一炮。大清水师军舰陈旧落后，虽然海军训练程度未见得低，但军械日渐落后。日本海军加紧训练，军舰保养好，在自主造舰的同时，向英国皇家海军购置新舰，学习经验。在海战开始前，北洋水师军舰老旧，锅炉破损，舰炮使用穿甲弹，射速慢，威力不足。而日本海军训练有素，装备了大批的新式战舰，使用大口径火炮，并装备了速射炮，开发出了新型的炮弹，在总体吨位上也超过了北洋海军，在海战上有了极大的优势。
黄海海战的时长。1894年9月17日12点50分海战打响，至下午5点半结束。中国30年洋务运动的自强成果，就在这4个多小时中灰飞烟灭。
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，有鸭绿江江防之战和金旅之战。
鸭绿江江防之战开始于10月24日，是清军面对日军攻击的首次保卫战。当时部署在鸭绿江北岸的清军共约28000人。清朝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30000人。双方兵力不相上下。但是，宋庆虽负节制诸军之名，各路清军实则不服调度，而且平壤新败，士气不振，将领多无抗敌决心。日本则士气高昂，野心勃勃，日方发布由间谍宗方小太郎起草的《开诚忠告十八省之豪杰》檄文，对满清展开政治攻势，扬言要直捣北京，让清朝皇帝“面缚乞降”。之后的战况遂可想而知。
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。10月25日晨6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、聂士成率部坚持抵抗，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）。在不到三天内，清朝重兵近三万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两万五千人在日舰掩护下，开始在旅顺后路上的花园口登陆。由于李鸿章一心要保旅顺港，清军便没有在此处设防。日军的登陆活动历时十二天，清军竟坐视不问，只有当地的农民自发抗击日本军，暂时拖住了日军的行动。11月6日，日军击溃清军连顺、徐邦道等部，进占金州（今辽宁大连市金州区）。
7日，日军分三路向大连湾进攻，大连守将赵怀业闻风溃逃，日军不战而得大连湾。日军在大连湾休整十天后，开始向旅顺进逼。当时旅顺地区清军有七统领，道员龚照玙为前敌营务处总办，有“隐帅”之称，共辖33个营，约13000人。18日，日军前锋进军土城子，徐邦道的拱卫军顽强抗击，次日，龚照玙竟置诸军于不顾，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。1894年11月21日，日军向旅顺口发起总攻，次日，号称“东亚第一要塞”的旅顺陷于日军手中。日军攻陷旅顺后，即制造了旅顺大屠杀惨案，4天之内连续屠杀中国居民，死难者最高估计达2万余人。
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，战局更是急转直下。
威海卫之战是保卫北洋海军根据地的防御战，也是北洋舰队的最后一战。其时，威海卫港内尚有北洋海军各种舰艇二十六艘。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，共两万五千人，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六营三千人。营官周家恩守卫摩天岭阵地顽强抵抗，最后被歼灭。日军也死伤累累，其左翼司令官大寺安纯少将被清军炮弹打死，这是日本在甲午战争中唯一阵亡的将军。由于兵力悬殊，南帮炮台终被日军攻占。2月3日，日军占领威海卫城。威海陆地悉数被日本占据，丁汝昌坐镇指挥的刘公岛成为孤岛。日本联合舰队司令伊东佑亨曾致书丁汝昌劝
降，遭丁汝昌拒绝。5日凌晨，旗舰定远舰中雷搁浅，仍做“水炮台”使用。10日，定远弹药告罄，刘步蟾自杀。11日，丁汝昌在洋员和威海营务处提调牛昶昞等主降将领的胁迫下，拒降自杀。洋员和牛昶昞等又推署镇远管带杨用霖，出面主持投降事宜，杨用霖最终自杀。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日牛昶昞与伊东佑亨签订《威海降约》，规定将威海卫港内舰只、刘公岛炮台及岛上所有军械物资，悉数交给日军。1895年3月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。
