咸丰十年（1861），清政府设立了总理各国事务衙门（简称总理衙门），负责对外事务。次年，咸丰皇帝总理衙门大臣奕的奏请，设立京师同文馆，作为附属于总理衙门的一所外国语学校，培养对外人员。是年五月，京师同文馆在北京正式开办，设英文、法文、俄文三馆，规定招收学生10人，最多不超过24人。只招收14岁以下的八旗子弟，由总理衙门考查录取，依次传补。第二年，变通章程，改为每馆招收10人。同治五年（1866），总理衙门又奏请皇帝，要增设天文、算学科目，聘请洋人来教习，理由是“洋人制造机器、火器等器，以及行船、行军，无一不自天文、算学中来。”于是陆续增设了算学（包括天文）、化学、格致（包括力学、水学、声学、气学、火学、光学、电学）、医学四馆。录取学生的方法也相应变动。规定由京内外各衙门保举30岁以下的翰林院庶吉士、编修、检讨及五品以下由进士出身的官员，或举人、贡士等未仕人员，最后由总理衙门考查录取入学。同时规定“三年考列到高等者，按升阶优保班次，以示鼓励。”学生的生活待遇从优，先是每月每人给膏火银3两，后改为每人每月薪水银10两，并供给饭食。
同文馆设立之初遭到清政府内极端守旧派人士的反对。
监察御史张盛藻认为强盛中国的办法依旧是尧舜之道，只有通过精读孔孟之书，明体达用，才能使国家规模宏大，所以他极力反对向洋人学习制造轮船、洋枪技术，主张朝廷命官一定要任用科甲正途者。接着，大学士倭仁也不断提出“立国之道当以礼义人心为本，未有专恃术数而能起衰振弱者。天文、算学只为末议，即不讲习，于国家大计亦无所损。”从此，守旧派与洋务派在同文馆的设立上发生了激烈争论。倭仁声望在当时学界很高，是理学权威，他一出来反对，响应者颇多，这样，京师同文馆虽然设立了讲习天文、算学等自然科学的科目，但投考的人却寥寥无几。
同治十三年（1874），总理衙门提出六条“紧急机宜”，发给各省总督、巡抚筹议。以李鸿章为首的实力派大肆倡导，办洋务已成为一种时尚，于是同文馆也随之逐步兴盛起来。在此之前曾增设了德文馆，随后又增设了东文馆。光绪十三年（1887）规定学生增加到120人。光绪二十一年（1895）改学制三年为八年，分前馆五年，后馆三年。课程包括汉文、外文、天文、算学、物理、化学、世界史地和万国公法等科目。此外设有为教学服务的化学实验室、物理实验室和博物馆、天文台等。在此之前，还于同治十二年（1873）设立了印书处，有中体和罗马体活字四套，手摇机七部，承印同文馆和总理衙门所翻译的数、理、化、医学历史等书籍和文件。
同文馆设管理大臣，由总理大臣委派，初由一人担任，以后时有由二人担任，负责主持管理同文馆事务。其下设提调工人，帮助调二人，负责安排课程及督察学生勤惰之事。同文馆的教课人员有总教习一人，洋教习若干人，还有汉教习和汉文教习三人。总教习多由外国人担任。同文馆的经费、人事等方面多为总税务司英国人赫德所控制。同文馆先后聘请了外国传教士包尔腾、傅兰雅、丁韪良等担任教习或总教习，其中由赫德提名的总教习美国传士丁韪良总管校务近30年。按规定，同文馆不允许传播西方宗教，但实际上洋教习们总是借机进行传播。
光绪二十七年（1902）年初，京师同文馆并入京师大学堂，改称“译学馆”，内设英、俄、法、德、日五国语文科目。
甲午战争
同治七年（1868），日本进行明治维新后，就走上了对外扩张的军国主义道路，并制定了所谓“大陆政策”，利用地理上的便利条件，加紧进行对中国和朝鲜的侵略战争准备。光绪二十年（1894）春，朝鲜发生大规模的东学党农民起义，朝鲜政府请求清政府出兵协助镇压，这时日本也怂恿清政府派兵，并保证在此过程中，日本不图其他利益。于是清政府派淮军将领直隶提督叶志超率领部队一千五百多人赶赴朝鲜，驻守在离汉城二百余里的牙山，协助朝鲜政府镇压农民起义。与此同时，日本以保护本国使馆和侨民为借口，陆续向朝鲜派军队达二万多人，占据了从仁川到汉城一带的战略要地，使叶志超部陷入被围的险境。在日本步步紧逼和国内舆论的压力下，清政府不得不派兵增援。一方面将驻扎天津附近的盛军卫汝贵部六千余人、驻防旅顺后路的毅军马玉昆部二千余人以及奉军左宝贵部八营和丰升阿部盛军六营汇集起来，命其从辽宁越过鸭绿江，从陆路开赴平壤；另一方面调天津新军二千余人雇英轮从水路运送朝鲜，增援牙山驻军。七月二十三日，日军占领朝鲜王宫，成立以大院君李是为首的政权，迫使他宣布废除中朝间所有条约，授权日军驱逐在朝鲜的清军。两天之后，日本联合舰队司令官伊砂佑亨率领舰船十五艘，在朝鲜牙山口外丰岛附近，不宣而战，袭击中国运兵船和护航舰，中国军舰济远号战败退却，广乙号中炮受重伤，操江号被劫走，日舰又强迫载运清兵的英轮高升号降随行，船上士兵坚决抵抗，结果高升号被击沉，中国士兵七百余人殉难。至此，揭开了中日战争的序幕。
八月一日，中日两国同时宣战。中日战争正式爆发（1894年为甲午年，故称之为甲午战争）。
八月初，卫汝贵、左宝贵等四部先后到达平壤，清政府任命叶志超为统领。然而叶志超既不派兵侦察敌情，又没有布署战局，而是把平壤以南的广阔地带弃置不顾，仅在城内外筑垒防守。日军在完成进攻平壤的周密部署后，于九月初，日军万余人采取分进合击的战术，向平壤进攻。日军一部首先对平壤东面连续佯攻，吸引清军专防东路。随后日军四路同时向清军发起猛攻。东路战斗十分激烈，清军马玉昆部英勇顽强。北路战斗也极为激烈，左宝贵亲自登城，指挥士兵拚死奋战。敌炮兵攻占了附近的山头，发排炮轰击清军，左宝贵中炮殉国，营官多名力战牺牲，玄武门失守。日军军队猛攻平壤西门，卫汝贵率部继续抵抗，叶志超见形势危机，下令撤退，夜间率诸将弃平壤逃走。清军后路已被日军切断，突围时溃不成军，士兵二千余人遭伏击牺牲，六百余人被俘，叶志超率一万余人渡过鸭绿江撤回国内，这样，日本便轻易地占领了整个朝鲜。
九月十六日，海军提督丁汝昌率领北洋海军护送增援平壤的清军到达大东沟。十七日返航途中，日舰十二艘组成一字竖阵队形来袭击。中国军舰大小十三艘排成人字形阵迎击敌舰。提督丁汝昌乘坐旗舰定远号发出第一炮，舰上飞桥被震断，丁从桥上跌落负伤。右翼总兵定远号管带刘步蟾代替指挥作战。日军先攻中国舰队右翼，扬威号、超勇号二舰中炮起火沉没。致远号负重伤，弹药用尽，管带邓世昌命舰艇猛撞日舰吉野号，准备与敌人同归于尽，不幸中敌鱼雷沉没。经远号管带林永生力战殉职，全船官兵奋战到最后，英勇牺牲。济远号匆忙出逃途中撞沉搁浅的“杨威”号，“广甲”也触礁搁浅，后被击沉于海。黄海海战经历五小时，双方损失相当。这次海战后，李鸿章严令北洋海军舰队全部避藏在威海卫港内，不准出海迎战，从而使日本取得制海权。
清军从平壤溃败后，清政府在鸭绿江设下十里防线，部署重兵，由淮军提督宋庆和黑龙江将军依克唐阿统帅，但渤海湾旅顺的防守却减弱了。日军在黄海海战之后，经一个月的休整、部署，以三、五师团组成第一军，由陆军大将山县有朋任司令官，以一二师团，第十二混成旅团组成第二军，由陆军大将大山岩任司令官，并出动海军全部主力配合作战。计划攻下旅顺、大连为作战重点，由朝鲜义州冲击鸭绿江防线，牵制清军，从而达到在中国东北建立侵略基地的作战目标。十月二十四日，日军第一军突破清军的鸭绿江防线，侵入中国本土，占领九连城、凤凰城、海城一带，其目的在于牵制清军，掩护第二军进攻金洲、大连和旅顺。同日，日军第二军在距大连湾百余公里处的花园登陆，采取迂回包围，截断后路的办法，从陆路夺取旅顺、大连。十一月四日，日军开始进攻金州，两天之后，金州失陷，随后日军不战而获大连。十八日日军又开始攻旅顺，清军各部仅总兵徐邦道部拚死抗敌。二十二日旅顺失陷，中国当时最大的海防要塞落入日军之手。日军占领旅顺后，一方面以第一军继续在辽南地区与清军相持；另一方面又从国内调部队来华，编为“山东作战军”，在海军舰队的配合下进攻威海卫，企图全歼北洋海军。李鸿章命令北洋海军死守港内，不准出击，坐待敌人进攻。次年一月二十日，日本仍采取包抄后路的办法，一方面在荣成县成山头登陆；另一方面以海军22艘舰艇、15艘鱼雷艇封锁威海卫港口。二月初日军占领南、北、帮炮台，北洋海军和刘公岛、日岛守军被日军封锁在威海卫港中，受到水陆夹攻，陷入绝境。到二月十一日，北洋海军的定远、靖远、威远、来远诸舰先后沉没，鱼雷艇全部丢失，日岛炮台失守。丁汝昌召集诸将会议，提出拚死突围，但军官们不同意，北洋海军洋员海军副统带英国人马格禄及美国顾问浩威，勾结中国官员，胁迫丁汝昌降敌，丁汝昌知事不可为，随即于二月十七日自杀殉国。先后自杀殉国的重要将领还有定远号管带刘步蟾、刘公岛护军统领张文宣、镇远号管带杨用霖等。丁汝昌自杀后，浩威起草投降书，以丁汝昌的名义，由广丙号管带程璧光向日军舰队司令伊东佑亨投降。将镇远、济远、平远、广丙等大大小小十艘舰船以及大批军火全部送给日军，洋务派耗费无数金钱而建立的北洋海军，全军覆灭。
旅顺陷落后，日军第一军在第三师团长桂太郎率领下，西犯海城，清军守将丰升阿弃城逃走，海城失陷。奉天府受到威胁，辽西震动。十二月底，日军第二军八千余人由第一旅团长乃木希典率领，北犯盖平，盖平守将章高元率军英勇抵抗，营官杨寿山、李仁党力战阵亡，盖平沦陷。清军这时源源不断地开到关外援辽。其中最为清廷寄予厚望的是湘军，并任命湘系军阀首脑两江总督刘坤一为钦差大臣，节制山海关内外各军。二月二十日，二十七日，清军出动六万人，以九倍于日军的兵力进行收复海城战斗，经过多次激烈争夺，清军失败。二月下旬，日军第一军、第二军会合，开始执行对辽东平原扫荡性作战方案。三月二日，日军攻陷鞍山站。两天之后，日军进攻牛庄，镇守牛庄清军抵抗一昼夜。七日，日军轻取营口。九日，日军三个师团会攻田庄台，湘、淮军二万余人顽强抵抗，田庄台终于失守。至此，清军在辽南一线全部崩溃，这是自平壤、九连城失败后，清军的又一次溃入。三月二十三日至二十五日，日本海军掩护混成支队在彭湖文良港登陆，很快占领澎湖列岛。辽南定局后，日本动员全部常备军及后备部队的三分之一，宣称要在直隶平原与清军决战，压迫清政府在《马关条约》上签字。光绪二十一年（1895）四月十七日，清政府派李鸿章与日本最后签订了《马关条约》，甲午战争以中国失败而结束。
中日《马关条约》
光绪二十年（1894）八月一日，中日两国同时宣战，中日战争正式开始。九月下旬以后，随着清军的不断失利，清朝廷中的主和派便开始乞求外国调停，由于列强各国或认为时机未到，或态度冷漠，也由于日本确定的媾和条件太苛刻，同时清朝廷中的主战派还拥有一定实力，因此，主和派的几次乞求外国调停活动都未成功。次年二月，北洋海军的全军覆灭，湘、淮等军在辽东战场相继失败，这使朝廷中的主战派大为泄气，一时间感到束手无策。二月十八日，清政府通知日本，将按照日本的要求派出全权代表，准备接受包括割地在内的屈辱条件。几天后，清政府又进一步明确向日本宣布，任命李鸿章为全权大臣，日方提出的割地、赔款、订约等谈判内容，李均能全权处理。至此，日本同意议和。二十日，李鸿章应召到京，他考虑到日本提出的条件，深感此次议和责任重大，于是就先同军机处商议。翁同和希望能做到不割地，而其余大臣则担心不割地就不能议和。李鸿章又先后同美英公使进行商量，但都不得要领。三月二日，恭亲王奕向李鸿章传达光绪面谕，授予李以商让土地之权。同日，李鸿章上摺陈述其对议和的看法，认为割地之事，古今中外皆有，“但能力图自强之计，原不嫌暂屈以求伸”，只是地有多寡要次之分，须力与争辩，谈判定有一番周折，朝廷必须密为筹备，防止日军直犯京畿等等。