一、山東半島的戰略地位
山東半島突出於黃海與渤海之間，北隔渤海海峽與遼東半島遙遙相望，共扼渤海門戶，對於保衛京津安全，有著非常重要的作用。
位於山東半島北岸東部的威海衛，北與遼東半島的旅順口相對，西與煙台互為犄角，地當要衝，是控制渤海海峽、保衛京畿門戶的鎖鑰之一。「其海灣形若箕張，兩臂斜伸入海，作半環形」２。口外劉公島橫置於前，形成東西兩條水道，水深十米左右，一般艦船均可通行。劉公島之西端為黃島，東南有日島等分佈海中，形成海防的天然屏障。
1887年，清王朝開始在威海建立海軍基地，佈置防禦，作為北洋艦隊的停泊常清軍在威海的設防，是圍繞著南岸、北岸及劉公島進行的。南岸築有炮台三座（灶北嘴、鹿角嘴、龍廟嘴），統稱南幫炮台；北岸也有炮台三座（北山嘴、黃泥崖、祭祀台），統稱北幫炮台；劉公島有炮台二座（黃島、東風掃灘）；日島有炮台一座。另有南幫陸路炮台（所前嶺、楊峰嶺等）、北幫陸路炮台（合慶灘、老姆頂等）多座。綏鞏軍統領道員戴宗騫自統綏軍四營駐北幫炮台，而以分統總兵劉超佩統鞏軍四營駐南幫炮台，記名總兵張文宣統北洋護軍二營駐守劉公島。甲午戰爭爆發前後，威海又陸續增修炮台和添置火炮，迨至日軍進攻時，共有各種炮台二十三座，大小火炮一百六十餘門。此外，在東西兩條水道布有各種水雷：西口七十九個；東口一百六十九個。
旅順口既失，威海衛便成了北洋海軍的唯一基地，戰略地位顯得更為重要了。當時，停泊在威海軍港的北洋艦隊艦只有：「定遠」、「鎮遠」、「來遠」、「靖遠」、「濟遠」、「平遠」、「廣丙」、「威遠」、「康濟」、「鎮邊」、「鎮中」、「鎮南」、「鎮北」、「鎮東」、「鎮西」等十五艘軍艦；此外，尚有水雷艇十二艘、水雷布設船「寶筏」號一艘、附屬汽船「飛霆」號一艘。其中「來遠」尚在修理，「鎮遠」觸礁負傷（林泰曾即因此事自殺），勉強修補，航速僅達每小時七海里。
黃海海戰之後，德國人漢納根辭去北洋海軍總查，不久，李鴻章改請英國人馬格祿幫辦北洋海軍提督。馬格祿以前是「金龍」號商船船長，對於海軍軍事問題一無所知。
二、雙方作戰方針及部署
（一）日軍方面
日軍攻佔旅大之後，其第二軍司令官大山巖和聯合艦隊司令伊東祐亨於12月6日聯名向大本營建議：鑒於渤海灣封凍，登陸困難，若欲繼續作戰，不如出兵山東半島，海陸夾攻，殲滅北洋海軍，以保障從渤海灣登陸的安全。１日本大本營採納了這一建議，隨即任命大山巖為「山東作戰軍」的司令官。其軍隊編成為：第二師團（轄步兵第三、第四旅團）及第六師團之第十一旅團，此外，還包括兩個騎兵大隊、一個野戰炮兵聯隊又一個大隊、三個工兵大隊以及後方勤務部隊等，共計二萬五千餘人。1895年1月中旬，上述部隊自日本廣島航運至大連灣集結，待機進發。與此同時，大本營命令聯合艦隊負責護送山東作戰軍的登陸兵團，並與之相配合，攻打威海衛軍港，消滅北洋艦隊。
聯合艦隊經過多次偵察，確知北洋艦隊仍在威海港內。但威海軍港正面設防堅固，不易奪取，因而日軍決定把登陸場選擇在清軍防禦薄弱的榮成灣龍睡澳內落鳳岡東北的淺灘地段，登陸後再西進，從側後奪取威海衛。大山巖鑒於從榮成（今舊榮成）至威海的地形複雜，冬季積雪一般深達二尺，車輛難以通行，決定改用人力搬運物資，並計劃在二十四小時內將一個師團的兵力登陸完畢。航渡時，聯合艦隊護送運輸船，登陸時則負責海上警戒，並以主力封鎖威海港，以防北洋艦隊出擊。
（二）清軍方面
旅大失守之後，清政府判斷，日軍第一、第二軍將併力攻取奉天，以主力打通錦州走廊，進逼山海關，再別遣一部從渤海灣登陸，會攻北京。基於以上判斷，「調兵多往顧遼沈」２，並以重兵嚴防山海關至天津一線，關內外總兵力共約十萬以上。
由於清朝政府專注京津方向，以致山東防務十分薄弱。整個山東半島沿海地區的兵力僅四十八營二哨，約一萬七千人。主持山東防務的山東巡撫李秉衡，規定在四個方向上防止日軍登陸：即寧海（煙台東南）方向、舊館（今酒館）方向、威海方向、榮成方向。其中以舊館為主要防禦方向，榮成方向兵力最弱，僅有參將趙得發所部一營、巡檢徐撫臣所部一營、副將閻得勝所部二營，共一千四百餘人，均受閻得勝節制。
山東半島的防禦重點是威海衛海軍基地。1894年11月30日，李鴻章曾指示威海前敵各軍：「有警時，丁提督應率船出傍台炮線內合擊，不得出大洋浪戰，致有損失。戴道欲率行隊往岸遠處迎剿，若不能截其半渡，勢必敗逃，將效灣旅覆轍耶？汝等但各固守大小炮台，效死勿去；且新炮能擊四面，敵雖滿山谷，斷不敢近。多儲糧藥，多埋地雷，多掘地溝為要。」１這是一個消極自保的錯誤方針。而丁汝昌在執行時更加消極，他連在台炮射擊範圍內傍岸擊敵也沒有去做。戴宗騫鑒於「大連灣守兵不併力陸援，旅順諸軍不據南關嶺而株守營牆，均以失事」的教訓，要求采勸雖布近局，仍扼外險，寧力戰圖存，勿坐以待困」的戰守方針。２然而，李鴻章還是堅持「仍以扼要埋伏地溝為妥」３的錯誤指導。
12月25日，李鴻章得知榮成灣龍鬚島有日艦和小火輪活動，才指示丁汝昌：「應速統現有師船赴龍鬚島、成山一帶巡探，如日船少，即設法驅逐；否則，聽其由後路包抄，則威危而兵船無駐足之地」４。但丁汝昌沒有執行。1895年1月13日，李鴻章接到光緒帝關於北洋海軍應「相機迎擊，以免坐困」的諭旨，又指示丁汝昌等：「查倭如犯威，必以陸隊由後路上岸抄截，而以兵船游弋口外牽制我師，彼時兵輪當如何佈置迎擊，水陸相依，庶無疏失，望與洋弁等悉心妥籌」。１李鴻章根據光緒帝指示而作出的這一判斷，仍不為丁汝昌所重視，北洋艦隊始終蟄居威海港內，不敢與敵爭鋒。
三、作戰經過（參見附圖十八）
（一）榮成灣抗登陸戰鬥
1895年1月19日，集結於大連灣一帶的日本山東作戰軍在聯合艦隊二十五艘軍艦護航下，開始分批向榮成灣航進。為了迷惑清軍，蔭蔽自榮成登陸的企圖，1月18日和19日，日艦「吉野」、「浪速」、「秋津洲」向登州（今蓬萊）連續轟擊。坐鎮煙台的山東巡撫李秉衡果被日軍的佯動所迷惑，他在19日的奏報中說：「前榮成之成山島、寧海之金山寨均有倭船窺伺，昨登州又有倭船開炮一時之久。由登州至威海、威海至成山，共五百餘里，處處吃緊」２。由於他不明敵軍將從何處登陸，於是採取應付態度，強調「明知兵分則力單，而地面太長，有不能不分之勢」３，結果處處兵力薄弱。1月20日，日軍第二師團開始登陸。這時，北洋艦隊尚堪一戰，本應出擊，但丁汝昌「震於倭艦聲勢，堅匿坐斃」４。日軍在龍鬚島登陸時，駐島之清軍四哨用七五毫米口徑火炮轟沉日軍舢舨二隻。日軍受挫後，集中艦炮火力猛轟岸上清軍， 並仍以小火輪拖帶舢舨強行登陸。清軍不支，向西敗退，日軍前鋒千餘人跟蹤追至榮成。駐守榮成的團練紛紛逃散，城門大開。閻得勝等四營清軍多系新兵，又少槍械，因而一觸即潰，榮成遂為日軍所據。
（二）威海南北兩岸炮台的陷落
日軍登陸之後，主持山東防務的李秉衡雖知日軍約近兩萬人已從榮成登陸，但仍然錯誤地認為，日軍「又難免不從西面乘隙上岸」１，因此，集結在威海、寧海、文登一帶的三十五營清軍仍然按兵不動，只抽出總兵孫萬齡所率嵩武軍千餘人自舊館前往增援。由於李秉衡未能集中兵力對從榮成方向登陸之敵進行反擊，使日軍得以在榮成從容地進行了兩天休整。
1月25日，日軍分左右（南北）兩路西犯威海：左路（南路）為第二師團，自榮成經橋頭、溫泉湯、虎山，指向威海，負責切斷南幫炮台清軍退路；右路（北路）為第六師團之第十一旅團，自榮成經三官廟、崮山後，直撲南幫炮台。
孫萬齡部於1月22日到達橋頭，收集了從榮成敗退的閻得勝部。次日，戴宗騫所派知府劉樹德率領的兩營綏軍亦抵橋頭一帶。在清軍東進過程中，沿途人民自動支援，在風雪中幫助拉炮和運送糧草，並協助偵察敵情，修工事，抓特務，給清軍官兵以很大鼓舞。26日起，孫、劉兩部清軍在橋頭附近奮勇阻擊南路日軍前鋒，使敵人接連兩天不得西進。但北路日軍由於清軍阻擊不力，較快地進抵鮑家村、崮山後一帶，嚴重威脅著南幫炮台的安全。
28日，李秉衡命孫萬齡、戴宗騫夾攻北路日軍。但是，戴宗騫違令不至，而閻得勝又不戰而退。孫萬齡部孤軍力戰，終因眾寡不敵，退回橋頭。此時，駐守橋頭的劉樹德所率綏軍竟被戴宗騫調回威海，孫萬齡左右無援，亦棄橋頭西去。南路日軍遂占橋頭，並向溫泉湯方向逼進。
30日晨，南北兩路日軍分別進攻鳳林集東南高地和威海南岸堡壘群。南幫炮台官兵英勇抵抗，給日寇以大量殺傷，並擊斃敵第十一旅團長大寺安純少將。當日軍尚未逼近時，丁汝昌曾建議戴宗騫事急時卸掉南幫炮台的大炮炮閂，以免日軍利用，轟擊港內軍艦，但戴宗騫不同意。後來果如丁汝昌所料，日軍從南幫炮台發炮轟擊港內艦船，使北洋海軍處於腹背受敵的窘境。當南幫炮台戰鬥激烈時，鞏軍統領劉超佩臨陣脫逃，乘小輪渡奔北岸，南岸士兵各自為戰。一部分官兵最後在港內軍艦火力支援下，由長峰以東沙灘突圍，退至威海衛。日艦隊一部在南岸激烈陸戰時，曾逼近東口，但被日島清軍的猛烈炮火擊退。30日下午，南幫炮台全部陷落。
南幫炮台失守後，駐守北岸的綏軍見南岸傷亡慘重，便望風潰退，劉樹德也倉皇逃命。戴宗騫無奈，移駐祭祀台，從者皆散。2月1日，丁汝昌乘小輪將戴宗騫接往劉公島（戴至島即自殺），並炸毀北幫炮台及彈藥庫，以免資敵。於是，日軍不戰而佔領威海北岸。至此，威海陸上據點盡失，北洋艦隊和劉公島陷入重圍。
（三）北洋艦隊的覆沒
1月30日，一直停泊在榮成灣的日本聯合艦隊二十一艘軍艦（留四艘警戒運輸船），在南幫炮台兩軍激戰時，於凌晨2時啟航開向威海，7時抵達百尺崖南，先後配合陸軍轟擊楊峰嶺、所前嶺炮台。南幫炮合陷落後，北洋艦隊因威海港東口暴露在敵軍陸路炮火之下，遂移至西口。於是，日魚雷艇得以破壞東口障礙物，且入港襲擊北洋艦隻。
在此不利的情況下，北洋艦隊本應衝破日軍艦隊的封鎖，出到海上，拚力一戰。清廷早在1月23日即曾電諭李秉衡：「現在賊蹤逼近南岸，其兵船多只，難保不闖入口內，冀逞水陸夾擊之詭謀。我海艦雖少，而鐵甲堅利，則為彼所無，與其坐守待敵，莫若乘間出擊，斷賊歸路。」１李鴻章於同一天電告丁汝昌：「若水師至力不能支時，不如出海拚戰。即戰不勝，或能留鐵艦等退往煙台。」２但是，丁汝昌卻表示：「海軍如敗，萬無退煙之理，惟有船沒人盡而已。旨屢催出口決戰，惟出則陸軍將士心寒，大局更難設想。」３他決定株守港內，既不出戰，又不轉移。1月30日，李鴻章再次電告丁汝昌、戴宗騫：北洋艦隊應衝出威海，「設法保船」。「萬一劉（公）島不保，能挾數艦衝出，或煙台，或吳淞，勿被倭全滅，稍贖重愆。否則，事急時將船鑿沉，亦不貽後患。」４但是，丁汝昌仍遲不執行。
2月3日，日艦及佔據南幫炮台的日軍以大炮水陸合擊劉公島及北洋艦隊，雙方相持竟日。劉公島清軍傷亡甚眾。當夜，日魚雷艇隊闖入東口襲擊北洋艦隻，「定遠」中雷重傷，不久自毀。但日軍也有五艘魚雷艇被擊沉。「定遠」毀後，丁汝昌移督旗於「鎮遠」艦。5日，日軍又水陸一起發炮轟擊，炸毀日島彈藥庫及地阱炮。清軍發炮還擊，擊傷日艦兩艘。6日凌晨，日魚雷艇又入東口，襲沉「來遠」、「威遠」及「寶筏」號。7日，管帶王登瀛私率十二艘魚雷艇從西口逃出，遭日艦追擊，全部被俘。此時，劉公島電訊已中斷，形勢岌岌可危。在北洋艦隊服役的洋員唆使部分民族敗類鳴槍過市，公開要求投降，引起劉公島居民惶懼，軍心渙散。9日，「靖遠」被敵擊沉。當天，劉步蟾自殺。此時，北洋艦隊尚有「鎮遠」、「濟遠」、「平遠」、「廣丙」以及「鎮中」等大小艦船十艘，但彈藥將荊10日，丁汝昌命令沉船，由於洋員的阻撓，無人執行。
11日，丁汝昌得到煙台密信，知李秉衡已遠逃萊州，陸路增援已無希望，便召開會議，研究突圍。當即遭到洋員瑞乃爾（德國炮師）、馬格祿以及一小撮民族敗類營務處道員牛昶炳等的堅決反對，迫使丁汝昌、張文宣等相繼自殺。12日晨，一群貪生怕死之徒盜用丁汝昌名義，向日本艦隊投降。於是，北洋艦隊尚存的「鎮遠」、「濟遠」、「平遠」等十艘艦艇以及劉公島炮台和軍資器械，全被日軍所擄。
日軍從榮成灣登陸至佔領威海衛軍港，為時僅三個星期。和遼東半島之戰一樣，清軍在山東半島之戰中仍然採取消極防禦的被動挨打方針，作戰指導上產生了一連串的失誤。首先，由於對日軍攻佔旅大之後的戰略企圖判斷錯誤，在戰略防禦部署上重奉天而輕山東，山海關內外重兵雲集，山東方面則不但沒有增加，反而抽兵（總兵章高元所率嵩武軍八營）北援遼東，以致日軍由榮成西進時，山東清軍無足夠數量的預備隊可供調遣，不得不從威海附近分兵堵截，造成顧此失彼的被動態勢。其次，山東清軍在部署上分兵把口，以致處處兵單，尤其是沒有汲取日軍於花園口登陸從側後進犯旅大的教訓，對敵人從遠處登陸進行側後攻擊的可能性缺乏預計；當得知日軍已從榮成方向登陸後，又未能及時集中兵力，組織有力的反擊，致使登陸之敵得以兩路並進，直撲威海。此外，李鴻章死守其保船避戰的錯誤方針，既規定北洋海軍「不得出大洋浪戰」，又不准陸路各軍半渡而擊，主觀地認為只要「固守大小炮台」，
依仗「能擊四面」的新式大炮，即可使日軍「斷不敢近」，這無異於把戰場主動權拱手授之於人，而使自己立於未戰先敗之地，加上丁汝昌最後抱定「惟有船沒人盡而已」的愚蠢打算，拒不執行出口決戰和突圍退卻的指示，終於釀成北洋海軍坐以待斃、全軍覆滅的可悲結局。恩格斯在評論俄土錫諾普海戰１時指出，土軍分艦隊的覆滅，是土耳其方面犯了一系列令人難以置信的錯誤造成的。「考慮到失敗絕對不可避免，因此只要風向許可，土耳其分艦隊也許最好是起錨並傾全力向俄軍攻擊。這樣做，雖然不可避免地要犧牲幾艘艦船，但是至少可以保存部分艦船。２北洋艦隊重蹈土耳其分艦隊的覆轍，同樣是犯了一系列錯誤的結果。