1891年6月26日，處在巔峯期的北洋艦隊從威海衛起航，第二次訪問日本。這是甲午海戰之前，雙方最後一次近距離觀察對手，對兩國海軍在今後的走勢產生了深遠的影響。日本在中國鐵甲鉅艦的威脅下咬牙急追，終於在幾年後超過大清海軍，而北洋艦隊卻裹足不前，徹底喪失了海上的優勢，“定遠”、“鎮遠”的國威遠揚成了曇花一現。
北洋艦隊第一次訪日在1886年。當年7月，李鴻章接到袁世凱報告，說朝鮮有人謀劃聯俄防英，而俄國正覬覦朝鮮元山口外的永興灣。朝鮮一向是大清的保護國，清政府深知，一旦朝鮮落入它國必將危及自身安全，於是命令丁汝昌率領北洋艦隊前往朝鮮的永興灣一帶巡防。
北洋水師提督丁汝昌、總教習英國人琅威理接到命令後立即率“定遠”、“鎮遠”、“濟遠”、“威遠”、“超勇”、“揚威”6艘軍艦前往朝鮮東海岸海面操演。之後，由於海上長途航行需要上油、修理，於是“定遠”、“鎮遠”、“濟遠”、“威遠”4艘軍艦奉李鴻章之命在丁汝昌的率領下前往日本長崎進行大修，留下其餘兩艦在海參崴待命。8月9日，北洋艦隊到達長崎，長崎人對歐美軍艦早已司空見慣，但來自中國的鐵甲鉅艦卻還是首次目睹，因此碼頭上擠滿了看熱鬧的人羣。
8月13日，在日本人的盛情邀請之下，一些水兵登岸購物消費。從古至今，水兵由於海上生活枯燥，上岸找女人是司空見慣的事，幾個大清水兵鑽進了當地一家名叫“丸山家”的妓院，喝醉酒的水兵在嫖資上與老闆爭執不下，妓院老闆隨即報警，中國水兵和聞訊趕來的日本警察發生衝突，2名水兵被捕，其餘的逃離了現場。隨後，逃走的中國水兵糾集了十幾名同伴，衝入警察局搶人。當時，根據北洋艦隊司令丁汝昌的命令，水兵登岸一律不得攜帶武器，但其中有一名水兵在岸上購買了一把倭刀，將一名日本警察刺成重傷，他本人也受了輕傷並被捕，之後移交給大清國領事館。
更大的悲劇還在後面，8月15日，北洋水師放假，450名水兵上岸觀光，丁汝昌爲了防止再起衝突，下令水兵不準帶武器。而前一天，日本人就在周邊的鄉鎮遍傳消息，召集拳師，暗藏利刃，準備報復，並事先通知長崎鬧市各商鋪提前關門。
當水兵行至廣馬場外租界和華僑居住區一帶時，立即遭到了長崎市民“有預謀、有組織”的襲擊，拳師領着流氓手持刀棍故意擁擠挑釁，雙方大打出手，數百名早有準備的日本警察將街道兩頭堵死，將手無寸鐵的中國水兵隔離在各個街區，隨即大肆揮刀砍殺。長崎市民從樓上往下澆沸水、擲石塊，有人手拿刀棍參與混戰。中國水兵猝不及防，寡不敵衆，又無法互相呼應，結果吃了大虧，被打死5人，重傷6人，輕傷38人，失蹤5人。日本警察被打死1名，傷30名，此外當地市民負傷多名。
事件發生後，北洋水師羣情激奮。有記載說，“定遠”、“鎮遠”、“濟遠”、“威遠”四艦迅速進入臨戰狀態，褪去炮衣，將炮口對準了長崎市區。總教習琅威理甚至主張對日開戰：“即日行動，置日本海軍於不振之地。”當時日本海軍纔剛剛起步，絕非中國海軍的對手。
不過，丁汝昌卻沒有“將在外君命有所不受”的冒險精神，下令不準動手，喪失了把日本海軍“扼殺在搖籃中”的機會。李鴻章在得知“長崎事件”後，隨即憤怒地召見了日本駐天津領事波多野，不無威脅地說：“如今開啓戰端，並非難事。我兵船泊於貴國，艦體、槍炮堅不可摧，隨時可以投入戰鬥”。“定遠”、“鎮遠”屬同級艦，由德國伏爾鏗造船廠製造，在西方又被稱爲“薩克森”改進型鐵甲艦，排水量7000噸。在當時海軍中的地位類似今人眼中的航空母艦，堪稱“亞洲第一鉅艦”。
在李鴻章高級幕僚、法學家伍廷芳的策劃下，駐日公使徐承祖依照國際法就事件同日本政府交涉，雙方各花重金聘請歐美律師進行辯護，但日方強詞奪理拒不認錯，並拖延再三，希望不了了之。忍無可忍的徐承祖11月24日致電李鴻章，要求斷交撤使。
此時中法戰爭剛剛結束不久，清廷自然不願再度捲入戰爭的漩渦，故而斷絕邦交方案未能實施。李鴻章決定“停審”，照會日本政府——此前審理全部作廢，所有該案卷宗抄送北京，做出一種中國準備單方面處理此事的強硬姿態。
李鴻章的這一招起到了敲山震虎的效應，日本外相井上馨多次要求和徐承祖續談，均遭拒絕。1887年1月28日，日本政府突然宣佈接受德國駐日公使何理本的“傷多恤重”的原則，了結“長崎事件”。2月，雙方簽訂協議，就各自的死傷者互給撫卹，日本賠付中國52500元，中國賠付日本15500元，長崎醫院的醫療救護費2700元由日方支付。
在日本人看來，外國水兵喝醉了酒來本國滋事，最後竟然要本國賠款，這種憤恨和受辱感，自然很容易便被煽動了起來。“中國威脅論”成爲日本主流民意，“大力發展海軍”成爲日本國內的共識，“一定要打敗‘定遠’”也成爲了日本海軍的目標和口號。就連日本的小孩當時最流行的遊戲，也是分成兩組，一組扮成中國艦隊，另一組扮成日本艦隊，捕捉“定遠”、“鎮遠”。
長崎事件結束後一個月，天皇下令從內庫撥款30萬元作爲海防補助費，揭開了“海防獻金運動”的序幕。經過新聞報刊媒介的大肆渲染，日本國內很快就掀起了一個捐出“海防獻金”的高潮。至9月底捐款數就達到103.8萬元，這些資金全被用作擴充海軍軍備。1888年和1890年日本又提出第七次和第八次海軍擴張案，這兩次擴張案共購買或建造了4艘軍艦。其中“吉野”號購自英國，時速23節，是當時世界上航速最快的巡洋艦。
1891年5月到6月間，北洋海軍進行了成軍後第一次校閱，其場面極爲宏大，艨艟雲集，舳艫相接，聲勢顯赫，頗令李鴻章陶醉。校閱剛剛結束，日本政府即邀請北洋海軍訪日，本來，以近海防禦爲戰略目標的中國海軍不需要鐵甲艦，李鴻章就是爲了震懾日本才力主購買“定遠”、“鎮遠”二艦，這一邀請如同“瞌睡遇上了枕頭”，正中李鴻章藉以顯示海軍實力的下懷。
6月26日，丁汝昌率北洋艦隊的精華——“定遠”、“鎮遠”、“致遠”、“靖遠”、“經遠”、“來遠”6艦編隊從威海衛出發起程正式訪問日本。艦隊在出發前，李鴻章鑑於上次“長崎事件”，命丁汝昌嚴加管束。6月28日北洋艦隊到達日本馬關，7月1日抵達神戶加煤添水，7月5日下午3時抵達橫濱港，“定遠”艦鳴21響禮炮向日本海軍致禮，日本海軍方面負責接待的“高千穗”艦也鳴21響禮炮作答，當時停泊於港中的英、美軍艦皆鳴13響禮炮向北洋艦隊致敬，一時間禮炮轟鳴，此起彼伏。
有一種說法，說日本軍官曾看見北洋艦隊士兵在炮管上晾曬衣服，經過近幾年的研究，此事純屬杜撰。從當時日本媒體的報道看，對北洋艦隊的評價還是肯定的，7月8日《東京朝日新聞》以《清國水兵現象》爲題報道了觀看北洋艦隊的感受：“以前來的時候，甲板上放着關羽的像，亂七八糟的供香，其味難聞之極。甲板上散亂着吃剩的食物，水兵語言不整，不絕於耳。而今，不整齊的現象已蕩然全無;關羽的像已撤去，燒香的味道也無影無蹤，軍紀大爲改觀。水兵的體格也一望而知其強壯武勇。惟有服裝仍保留着支那的風格，稍稍有點異樣之感。軍官依然穿着綢緞的支那服裝，只是袖口像洋人一樣飾有金色條紋。褲子不見褲縫，褲襠處露出縫線，看上去不見精神。尤其水兵的服裝，穿着淺藍色的斜紋布裝，幾乎無異於普通的支那人。只是在草帽和上衣上縫有艦名，纔看出他是一個水兵。”
日本方面對清政府北洋艦隊的到來竭盡禮儀之能事，所到之處或禮炮致禮，或夾道迎接，希圖以此表達對華的“親善”之意。7月9日日本方面還特地安排天皇在東京接見了丁汝昌和北洋各艦管帶，禮儀非常隆重。日本外相和海軍大臣都舉行了歡迎宴會招待中國海軍將領。
7月16日，丁汝昌在泊於橫濱港內的“定遠”旗艦上舉行招待會，邀請了包括國會議員和記者在內的日本各界人士出席。“定遠”放出小艇迎接參觀者，丁汝昌和駐日公使李經方在艦門迎接，和來賓們一一握手，隨即，來賓們在嚮導的引領下參觀了軍艦上下各層，看到了當時日本軍艦上所沒有的4門直徑一尺、長25尺的巨炮。清朝將領都懂英語，爲參觀者一一講解艦上設施，後來的民國大總統黎元洪當時是最年輕的軍官，也在接待者的行列中。北洋艦隊在橫濱港停留了約兩個星期後前往長崎訪問。8月4日離開日本回國，8月11日返抵威海。
登上“定遠”參觀的日法制局長宮尾崎三郎後來回憶，“定遠”號艙內非常乾淨，不亞於歐洲軍艦，他還記敘道：“同行觀艦者數人在回京火車途中談論，謂中國畢竟已成大國，竟已裝備如此優勢之艦隊，定將雄飛東洋海面。反觀我國，僅有三四艘三四千噸級之巡洋艦，無法與彼相比。同行觀艦者皆捲舌而驚恐不安。”日本輿論也大力渲染日本國內“對強大的中國的艦隊的威力感到恐怖”的社會心態，如著名思想家福澤諭吉在《時事新報》上感嘆道：“艦體巨大、機器完備、士兵熟練，值得一觀之處頗多。”
相比5年前在長崎的遠觀，這一次與“定遠”從內到外的“親密接觸”讓日本人深感羞愧，深受刺激的日本隨之掀起了超常加速擴充其海軍軍備的高潮。就在日本天皇接見北洋海軍軍官的前一天，日本內閣提出了5860萬元的海軍支出方案，獲得了國會的通過。1892年，內閣又公佈了建造10萬噸軍艦的計劃，該計劃在天皇的裁決下很快得以落實。1893年日本天皇又發佈敕諭：決定在此後6年每年再從自己的私房錢中撥出30萬日元，並從文武官員的薪金中抽出1/10作爲造艦費繳納國庫。到這一年，知恥後勇的日本海軍已有各種軍艦55艘，彈藥儲備超出了一次對華戰爭可能消耗掉的數量，迅速發展成爲一支可與北洋水師相抗衡的海軍力量。
訪日期間，北洋艦隊的軍官也注意到了日本海軍的高速發展，危機感油然而生。右翼總兵劉步蟾向丁汝昌力陳我海軍戰鬥力遜於日本，添船換炮刻不容緩。丁汝昌也上條陳，認爲北洋艦隊有些艦艇已經老化，機器運轉不靈，艦隊在航速和射速上已經落後於日本，請求增購艦船。然而，在日本風光一時的北洋艦隊出訪歸來卻迎來了當頭一棒，戶部以經費短缺爲由壓縮海軍經費，兩年內禁止北洋水師購買外洋槍炮、船隻和機械，連補充裝備的費用都不撥給。
一方面一流艦隊停滯不前，一方面二流艦隊高速趕超，中日兩國海軍的差距迅速被拉平。連一直對北洋海軍引以爲傲的李鴻章都喪失了自信，在他看來，北洋水師勉強可以自守，戰於境外，就算遇上日本，也勝算難保。悲劇的是，甲午之戰，北洋海軍沒有敗在海上，卻全軍覆沒於港口，比李鴻章最壞的估計都要壞。
