而此时，北京城内歌声悠扬，鼓乐冲天，正是慈禧太后的六十大寿。紫禁城和颐和园张灯结彩，喜气洋洋，丝毫看不出战争的痕迹。“老佛爷”五十大寿时就因法国人作祟没过好，这次可要好好庆祝一番。总管太监李莲英下令，这段时间内凡可能令“老佛爷”不高兴的事一律不准奏报！这一做法果然有效，慈禧下令，大赦天下，放假三天。李鸿章可没闲着，前线救急电报雪片似的发来。李鸿章加紧了求和步伐：一面派人以祝贺俄国新帝即位为名请求俄国出面调停；一面委托天津海关税务司德璀琳赴日议和。李鸿章对德璀琳充满期待，对外宣称：如果德璀琳和伊藤博文谈判顺利，中日可先停战，再议和。日本政府此时全无议和之意，认为德璀琳不符使者资格，拒绝与其谈判。李鸿章焦急等待德璀琳和美、德外交调解时，日军连续攻陷金州、大连，向旅顺猛扑。旅顺口与威海卫隔海相望，是渤海门户。日军决定以“重大伤亡代价攻取旅顺”。日军攻占旅顺后进行了惨无人道的屠城行动，全城仅留36人负责掩埋尸体。负责旅顺船坞工程的龚照玙（yú），金州失陷后逃回天津。李鸿章令其回旅顺前线效力。然日军进攻旅顺时，他弃船厂于不顾，乔装改扮混在士兵中逃跑了。当时人们编了“文官三只手，武官四只脚”的歌谣讽刺淮军逃跑之快。李鸿章一生都以淮军为荣，此次败逃实使其遭受了不小的打击。
这次黄海大战，是中日双方海军的一次主力决战，规模大，战斗激烈，时间长。在战斗中，北洋舰队虽损失大于日方，但也给日舰以重创，使日军要“聚歼清舰于黄海中”的狂妄计划未得逞。但客观上讲，黄海大战中双方海军就实力而言，中国并不逊于日本。北洋水师如果准备充分，指挥有方，不至于损失那么重。即使如此，日本是长线作战，经费及武器供给和天时、地利、人和诸多因素均不利，如果黄海大战后，北洋舰队积极调整战略部署，有可能挽回不利战局。可惜的是，李鸿章进一步陷入畏惧、妥协之境地，积极寻求西方列强出面调停，想尽快结束战争。此外，由于李鸿章视北洋舰队为私人资本，对于这次海战损船较多，他大为愤怒，再次强调“保船”方针，使得丁汝昌不敢再战，致使日本海军基本上掌握了黄海制海权，对以后战争进程及北洋舰队的全军覆没产生了重大影响。
日军的下一目标是威海。李鸿章令丁汝昌不惜任何代价，也要守住威海卫。当时朝野均指认北洋水师提督丁汝昌贪生怕死、畏敌避战，要求将其立即撤职。北洋海军总教习德国人汉纳根评价道：“有人责备北洋海军，殊不知这不是北洋海军的过错，也不是丁提督的过错。有人钳制海军，丁汝昌不能做主。”这个人就是李鸿章。李鸿章认为中日军队实力悬殊，攻打旅顺时，丁汝昌曾请求舰队与日本决一死战。李鸿章坚决反对，对丁汝昌说：“你在威海卫守住那几只船，其余不关你
的事！”
日本此时突然改变战略，在报纸上公开刊登议和“价码”：中国赔偿军费4亿两，并将日当时所占之区割让日本。清政府认为条件虽苛刻，却有议和的希望，任命邵友濂、张荫桓为全权大臣，赴日谈判。一向主张议和的李鸿章对此次议和态度并不积极，他认为日本此时提出议和，其中定有蹊跷。果然，清方使臣还未踏上东瀛，日军便发动了更大的攻势。二人使团的迅速成行明确显示出清政府无心恋战、急于求和的真实意图，也使日本政府坚信，战争越扩大就越有利可图。
黄海海战后，日军战时大本营为了首先实施侵入辽东半岛的作战计划，令第一军尽快打过鸭绿江，入侵辽宁，威胁沈阳，以牵制正面清军，并掩护由第一师团和第十二混成旅组成的第二军于辽东半岛进行登陆作战；而清军方面，为了阻止日军向中国本土进攻，已由海守陆攻转变为全面防御。针对当时敌我态势，李鸿章提出了所谓的“单纯防御作战”方针。而光绪皇帝虽抱负很大，但他既动员不了全国力量，又受到慈禧的牵制，难有所作为，因此，清政府采取了李鸿章提出的单纯防御作战方针。但即使采取这一方针，由于未弄清楚日军主攻方向，对敌人重点进攻的辽东半岛非未加强防御力量，反而不断把守军调赴他处，这就给日军在这里登陆提供了有利条件。
1894年10月24日，日军第一军首先在鸭绿江发起进攻。同一天，第二军在日本海军护航下，没有受到北洋舰队的任何阻拦，也开始顺利地在花园口登陆。10月底，当登陆日军缓慢向前推进之际，丁汝昌率舰队由威海抵达旅顺，但未敢前往日军登陆地点进行任何必要的袭击。11月7日，登陆日军因驻守大连清军溃逃而不费一枪一弹便占领了大连湾。同一天，丁汝昌也率舰队返回威海。后由于受到李鸿章训斥，11月12日下午，率舰队开赴旅顺，稍事游弋，于13日晚即离开旅顺折回威海。22日，旅顺即被日军攻占。此后不到一个月，日军即攻占了辽东半岛大部分要地，为进行直隶平原决战，夺取了前进阵地。
北洋舰队的毁灭性失败
日军在攻占旅大之后，准备进行威海卫战役，但由于威海卫军港正面设防十分坚固，不易攻取，于是决定选择清军防御薄弱的荣成湾一带登陆，从侧后夺取威海卫。而清军方面，因辽东半岛溃败，清政府责怪李鸿章救援不力，下诏将其革职留任，命他亲赴大沽、北塘等处巡视、布置。同时，把兵力多调到辽沈，而忽视山东半岛。结果，京都多达200余营，近10万人，而敌人进攻重点山东半岛仅40多个营，不到2万人。特别是荣成方向，兵力最弱，仅4营1400多人。鉴于威海卫后路兵力单弱，守将戴宗骞曾经向李鸿章建议采取“虽布近局、仍扼外险，宁力战图存，勿坐以待困”的战守之策，但李鸿章仍坚持采取单纯防御方针，使得陆岸守军只好坐等敌人来攻，海军舰只则被降为要塞的活动炮台或辅助炮台，完全失去了舰队所具有的机动性能，为日军全歼北洋舰队提供了条件。
1895年2月2日，威海卫失陷。统帅丁汝昌早已做好与北洋舰队同存亡的准备。丰岛海战后，他将儿子丁代禧留在身边，儿媳张氏和孙子丁旭山送回原籍。临行前他交代张氏：“我的生命已交给了国家，你一定要照看好我的孙子！”刘公岛保卫战开始后，丁汝昌向李鸿章表示：“唯有船没人尽而已！”丁汝昌派人将鸦片送到船上，以备如果不能战死就服毒自尽。为防止受伤军舰落入敌手，丁汝昌用广丙舰的鱼雷炸沉了已搁浅的靖远舰，又在定远舰中部装上火药，将其炸毁。定远舰管带刘步蟾吞鸦片自尽，实践了“舰队亡则人亡”的誓言。丁汝昌向广大官兵许诺的最后一天终于来到了。傍晚，丁汝昌收到李鸿章的电报，上面写着“援兵无期”！
最后的希望破灭了。深夜时分，水陆兵民万余人向他哀求活命。丁汝昌叹口气，道：“与军舰同生死是我的职责。但我的死可以救你们的命。”他向大家暗示自己死后可投降日军以求活路。并交代部下牛昶昞销毁北洋水师的提督印。丁汝昌服下事先准备好的鸦片，次日清晨气绝身亡。
牛昶昞等推举杨用霖出面与日军接洽投降事宜。杨用霖当场严词拒绝，口诵“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”的诗句走入船舱，饮弹身亡。护军统领张文宣同时自尽。美国人浩威建议以丁汝昌的名义投降，牛昶昞在投降书上盖提督大印。几人将责任推到丁汝昌身上。可怜丁汝昌死后蒙羞，家产全被没收，子孙流离失所。直到宣统二年（1910年），在威海商民联名提议下，方由袁世凯上奏为其平反昭雪。
北洋舰队尚存的10艘舰船和刘公岛各炮台军资器械，全部为日军
所掳。
1895年2月17日，日本舰队徐徐驶入威海港。中国镇远、济远、平远、广丙、镇东、镇西、镇南、镇北、镇中、镇边等10艘军舰换升日本国旗。只有康济舰仍悬挂黄龙旗，载送着丁汝昌、刘步蟾、杨用霖等6人的灵柩。下午1点，10艘中国军舰全部编入日本舰队。4点，康济舰在汽笛的哀鸣声中，冒着潇潇冷雨，凄然离开威海。
至此，李鸿章经营了十多年的北洋海军全军覆没了。此时，李鸿章也结束了权倾朝野的日子，不仅朝廷对他不再宠信，在文武百官以至百姓中，他也威信一落千丈。甲午战争，北洋海军的全军覆没，是李鸿章大搞洋务的终点。
北洋海军自1875年开始筹建，1888年正式成军，它不幸在第一次中日战争中为日本海军完全摧毁，李鸿章的努力付之东流，同时也使中国丧失了制海权。北洋舰队的毁灭，可以部分归咎于清政府、李鸿章所采取的消极防御战略，但北洋海军本身存在的若干缺点也不容忽视。首先制度上含混不清：北洋海军名义上隶属于北京海军衙门，但实际上却归李鸿章节制。李鸿章此时已成为全国督抚的领袖，集内政、外交、洋务、海防于一身。在19世纪80年代末、90年代初，他忙于应付每日遇到的政治问题，以致不能对北洋海军诸多问题给予更多注意；其次，指挥系统不清：由于李鸿章未能经常顾及海防，北洋海军由丁汝昌负责。但丁汝昌未受过海军正规训练，因此他常为部下所轻，他们大多数人是由中国水师学堂毕业。另外，北洋舰队中的外籍军官有的傲慢自负，要求过分。这些外国军官和中国军官之间关系紧张，时有冲突发生，它导致北洋海军进一步衰败和腐化；第三，经费不足是一个严重的问题：最初海防经费预算每年200万两，但从未如数收齐。北洋海军改隶于海军衙门以后，舰队每年预算减至不及130万两。最糟的是1891年4月，户部建议停购舰上大炮、裁减海军人员。这些建议得到朝廷准许。这使舰队及其装备的更新成为不可能。以上北洋海军自身所存在的弱点以及甲午中日战争中李鸿章一贯主张“防御”的方针，导致了北洋舰队在中日甲午战争中被日军全部歼灭。
接踵而至的耻辱性条约
李鸿章对日战争的失败，使清政府极不满意，光绪帝决定给予他革职留任的处分，并裭夺其黄马褂。随着威海卫战败、辽阳战败，清政府非常担心北京失守，于是清政府派出多人去和日本谈判，但是均被驱回，日本方面暗示说，只有让李鸿章来才可以。
1895年2月13日，朝廷命令李鸿章为头等议和全权大使，取消处分赏还黄马褂，让他火速来京议事。李鸿章知道事关重大，接到命令之后，急急赶往北京。李鸿章无法做到让自己置身于事外，高高挂起。此时的李鸿章只有一个念头，只要大清帝国需要，就要为大清帝国赴汤蹈火，在所不辞。此刻，自诩为泱泱大国的清朝，似乎除了李鸿章就没有第二个人能担当起这样的使命。事实上，恐怕也没有第二个人肯去担当这样的使命了。李鸿章在心里已经做了最坏的准备，在和朝廷谈话时，表示自己无法担当割地这样的责任。最后朝廷给予他全权处理的权力。
1895年3月20日午后2时半，李鸿章与李经方和美国顾问科士达一行到达马关，登上春帆楼。春帆楼上放着一张长方形会议桌，旁边摆放着10多把椅子。日方还特别在李鸿章的座位边安置了一只痰盂，大约是有意无意地提醒着大家，这位清国全权大臣已值暮年，垂垂老矣。伊藤博文为谈判颁布了4条规定：一是除谈判人员外，任何人不得进入会场；二是各报报道必须要经新闻检查后方可付梓；三是除官厅外，任何人不得携带武器；四是旅客出入，均必须由官厅稽查。此外，伊藤博文还特别宣布：清政府议和专使的密码密电，均可拍发，公私函牍概不检查。从表面看上去，好像日本人对李鸿章和清国使团非常客气，其实，日本人已成功破译清廷的密码，而且，在谈判过程中甚至了解到清国使团此次来日本的赔款底线是2万万两白银，因此早就成竹在胸。
3月21日，在与李鸿章的首次谈判中，伊藤博文向李鸿章提出的停战条件是：日军占领大沽、天津、山海关一线所有城池和堡垒，驻扎在上述地区的清朝军队要将一切军需用品交予日本军队；天津至山海关的铁路由日本军官管理；停战期间日本军队一切驻扎费用开支由清政府负担等等。伊藤博文明白，山海关、天津一线如果被日军占领，将直接危及北京安全。这个停战条件是清政府万万不会答应的。如果这一停战条件被清政府驳回，日本正好就此再战。尤其狡猾的是，伊藤博文此时隐藏了日军正向台湾开进的事实，企图在日军占领台湾既成事实后，再逼李鸿章就范。