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，大致分爲三個階段。
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餘人先後抵達平壤。其時佔據漢城之日軍爲混成第9旅，共8000餘人。
8月中旬,日本大本營根據海軍主力決戰時間難以預料，並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師餘部赴朝外，又增遣第3師參戰，兩師合編爲第1集團軍。將陸軍在朝鮮的牽制作戰改爲攻勢作戰,由第1集團軍執行平壤之戰,相機進攻奉天(今瀋陽)的任務。同時,決定組建第2集團軍，待機攻佔遼東半島，爲爾後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，戰鬥至爲激烈。午後，玄武門失守。入夜後，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後拘於"保船制敵"之令，主要巡弋於威海、旅順之間，將黃海制海權讓給日本海軍。9月上旬，清廷鑑於平壤將有大戰，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後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。戰鬥歷時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。清軍由於平壤迅速敗退,不僅使"海守陸攻"的總計劃歸於失敗,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於被動。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，使爾後的戰局能朝着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，並在花園口登陸。
平壤之戰和黃海海戰後，日本爲實施"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。清廷則採納李鴻章之議，實行"嚴防渤海以固京畿之藩籬,力保瀋陽以顧東省之根本"(《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，由於對日軍主攻方向判斷失誤，以及過分眷顧祖宗陵寢，集重兵於鴨綠江一線和奉天、遼陽之間。同時，爲保衛北京，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，防禦極其空虛。
鴨綠江江防之戰開始於10月24日。駐守鴨綠江北岸的清軍共82營約3萬人，四川提督宋慶爲諸軍總統。防線分中、東、西三段,以九連城一帶爲主防禦陣地。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集團軍先於九連城上游的安平河口突破成功，繼於虎山附近的鴨綠江上搭浮橋搶渡並攻佔虎山。其他各部清軍聞虎山失陷，不戰而逃。26日，日軍未遇抵抗即佔領九連城和安東(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,大山岩上將指揮日軍第2集團軍2.5萬人在日艦的掩護下，開始在旅順後路的花園口登陸。日軍的登陸活動歷時十餘天，清軍竟坐視不問。11月6日，日軍攻佔金州(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,1.4萬餘名官兵軍心渙散。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，並血洗全城。
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佔上風。旅順口失陷後，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，北洋艦隊深藏於威海衛港內，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。
日軍攻佔旅順後,大本營鑑於渤海灣冬季封凍,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，爲爾後直隸平原登陸決戰進一步提供安全保證的新計劃。爲此，以陸軍第2集團軍爲基礎組建"山東作戰軍"，大山岩上將任司令長官，共2.5萬餘人。又令聯合艦隊協同山東作戰軍作戰，並以陸軍第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,以爲日軍第1、第2集團軍將併力攻取奉天,以主力打通錦州走廊，進逼山海關，然後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，而於日軍的主攻方向山東半島則僅部署官兵3萬餘人，其中駐守榮成(今舊榮成)的僅1400餘人。至於北洋艦隊，則根據李鴻章"水陸相依"的防禦方針，龜縮於威海衛港內。
1895年1月20日,日"山東作戰軍"在榮成龍鬚島登陸，佔榮成。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，日軍佔領威海衛城。此後，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後自殺殉國。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後，連佔鳳凰城(今遼寧鳳城)、岫巖、海城等地。清政府調任兩江總督劉坤一爲欽差大臣，賦以指揮關內外軍事的全權，並任命湖南巡撫吳大?和宋慶爲幫辦，以期挽回頹勢。1895年1月17日起，清軍先後數次大規
