一、岫巖——賽馬集之戰
越過鴨綠江之日第一軍繼1894年10月26日佔領九連城、安東之後，接著又於27日佔領大東溝，31日佔領鳳凰城，11月5日佔領大孤山。其後，日第二軍攻佔了金州大連灣，於是，第一軍受領的牽制遼東清軍、掩護第二軍由花園口登陸的任務基本完成，大本營令其在靉河、大洋河兩流域佈置冬營，以待來年參加直隸平原決戰。為確保冬營安全，日第一軍決定以其第三師團之第五旅團長大迫尚敏率一支隊（步騎約三千）由大孤山出發，進攻岫巖；以第五師團之第十旅團長立見尚文率一支隊（步騎四千）由鳳凰城出發，北攻賽馬集，並分兵一部（一個大隊和少量騎兵）由少佐三原重雄率領西進，協助大迫支隊夾攻岫巖。
岫巖西通海城、蓋平，北連遼陽，東通鳳凰城，南達大孤山，是奉天南部的戰略要地。11月14日，日軍大迫支隊出大孤山，經土城子、老孫家堡、土門子嶺，指向岫巖之南；三原重雄所部則出鳳凰城，經高家店、黃花甸、黃嶺子，指向岫巖之北。豐升阿、聶桂林分兵北扼黃嶺子，南控土門子嶺和洪家堡，抵禦來犯之敵。18日，三原重雄所部猛攻地勢險峻的黃嶺子山，清軍不支，棄險而走，退守興隆鋇。此時，南面守軍也為大迫支隊所逼，退入岫巖。當晚，豐升阿等見南北兩面受敵，率部夜奔海城東南的析木城，岫巖遂為日軍所陷。
賽馬集東近靉陽，西接連山關。黑龍江將軍依克唐阿所部棄守寬甸之後，即退駐於賽馬集一帶。日軍立見支隊由鳳凰城向賽馬集進軍時，分兵一部（步兵一大隊、騎兵炮兵各一小隊）由少佐今田唯一率領，經雪裡站、通遠堡、草河口，西犯連山關。當時，連山關、甜水站諸處由呂本元、孫顯寅所部盛軍駐守，其西面的摩天嶺由聶士成等部駐守。由於宋慶奉命率所部毅軍並銘軍南下救援旅順，連山關、摩天嶺一帶防務由聶士成統管。
11月12日，今田唯一所部騎兵搶奪連山關關口，大隊繼至，遂陷連山關，直趨摩天嶺。聶士成部頑強抵抗，「扼隘路，以巨炮當其衝，張旗幟叢林間，鳴鼓角為疑兵，時出截殺，而露宿以守」１。日軍不得逞，撤回連山關。在西犯摩天嶺的同時，日軍一小隊由靉陽偷襲賽馬集，偵察依克唐阿部虛實，遭到依軍痛擊，死傷慘重。日軍西則阻於摩天嶺，東則敗於賽馬集，不得已於11月24日撤離連山關，集結於草河口一帶，阻隔聶、依兩軍通道。26日，聶、依兩軍東西夾擊，大敗草河口日軍。29日，立見尚文以大隊來援，分犯賽馬集和草河口。清軍竭力抵抗，戰事呈膠著狀態。日軍前進受阻，又恐鳳凰城老巢空虛，後路危險，便於12月5日棄草河口，返回鳳凰城。此時，聶、依兩軍聲勢相通，擬合力南下，收復鳳凰城。依克唐阿並分兵一部繞道靉陽指向鳳凰城側背。立見尚文留兵一部守城，自率大隊北上迎擊自通遠堡南下的清軍。9日，雙方激戰於通遠堡南面的金家河，彼此傷亡甚眾。12日至15日，清軍連戰皆敗，終未能收復鳳凰城。這時，日軍第三師團已陷海城，遼陽危急。依克唐阿奉命西援遼陽，與宋慶及吉林將軍長順會合，以固瀋陽門戶。此後，遼陽以東防務主要由聶士成部承擔。聶部以摩天嶺陣地為中堅，長期與敵相持，日軍始終未能越嶺西進。
二、海城、蓋平等地的陷落
日第二軍攻陷旅順之後，其第一軍司令野津道貫１即建議大本營准其進軍海城，以消除旅大方面日軍的後顧之憂。日第一軍既不能越摩天嶺西犯，改由岫巖經海城而進逼遼陽，斷摩天嶺清軍後路，必要時與第二軍會師北上而威脅瀋陽，自然有其重要的戰略意義。因此，海城實為中日兩軍必爭之地。12月上旬，日第三師團於岫巖集結，準備進軍海城。當時，由摩天嶺奉命回援旅順的宋慶所部毅軍和銘軍屯於蓋平；由岫巖敗退的豐升阿、聶桂林所部十餘營駐析木城。12月10日，日軍第三師團全隊西犯：先以步兵第十八聯隊長佐籐大佐率兵一部指向蓋平，牽制宋慶軍；第三師團長桂太郎中將自統師團主力撲向析木城。11 日，清軍屢戰皆敗，豐升阿、聶桂林夜奔海城，析木城遂於12日為日軍侵佔。13日，日軍乘勢進攻海城。防守該地的清軍有奉軍等步、騎、炮隊十七營，分扼城東的蕎麥山及城西的晾甲山以為左右翼，而以蕎麥山為防禦之鎖鑰，置炮兵於該山南部及山麓，又以部分兵力佔領沙河左岸箭樓子附近。日軍進攻時，清軍稍事抵抗，即退奔遼陽，海城為敵所佔。於是，遼陽、蓋平、營口（今營口市）、牛莊等處告急。清廷更覺奉天省城勢危，急令依克唐阿、長順各率所部西援，以護遼陽，令宋慶率所部自蓋平北上，以護營口、牛莊，防敵西竄。
宋慶在蓋平聞日軍由岫巖長驅北進，已於12月10日親率毅、銘軍等二十餘營移駐於大石橋（今營口縣），擬救援海城。但12日析木城陷落，13日海城又入敵手，宋慶便改變計劃，擬與北面諸軍取得聯絡之後，再共圖收復海城，於是將全軍二十餘營屯於距海城二十里的缸瓦寨，未能趁敵立足未穩之際發起攻擊，喪失了戰機。12月19日，海城日軍大股來襲，宋慶軍大敗，由缸瓦寨退往營口、田莊台一帶。
日軍攻佔海城後，以孤軍（約六千人）入重地，頗覺力單，於是，野津道貫率第一軍司令部和軍預備隊由安東移駐岫巖（1895年1月5日到達），同時，請求第二軍分兵一部協攻蓋平，以便兩軍聲勢相通。1895年1月初，日第一軍派遣第一師團之混成第一旅團１約八千人由普蘭店（今新金）北上。當時，駐蓋平之清軍只剩下章高元所部山東嵩武軍八營、徐邦道所部拱衛軍十一營、張光前所部親慶軍五營。1月5日，徐邦道部奉宋慶之命移駐牛莊（以便聯絡遼陽清軍），蓋平兵力更單。徐部出發不久，宋慶以日軍混成第一旅團逼近蓋平，令其回援。6日，徐部返抵藍旗廠（蓋平北面二十餘里），宋慶又改變命令，令其開赴田莊台。徐部又回師北上，剛過營口，宋慶仍令其回援蓋平，於是又折而南行。這樣，徐邦道所部往返奔波於田莊台、營口、蓋平之間，四晝夜未得休息。9日夜，徐部前鋒進至蓋平境時，日軍已撲攻蓋平。扼守東門外鳳凰山的張光前部聞敵即潰，日軍一部乘勢攻入東門，然後出南門，繞至扼守南門外的章高元部之後。章部不支，剛趕到戰場的徐邦道部也因疲憊過度，不堪任戰，於是各部齊退營口。10日上午，蓋平陷落。從此，日第一、二軍聲勢聯絡，遼東清軍進一步陷入被動。
三、清軍反攻海城失敗
自平壤之戰以後，清廷以淮軍不可恃，便起用湘軍舊將魏光燾、李光久等，令其募兵北援。1895年1月，光緒帝又召湘軍首領兩江總督劉坤一入京，授為欽差大臣，令湖南巡撫吳大澂、淮軍總統宋慶共同幫辦劉坤一軍務。
1月14日，清廷以日軍既據海城，又陷蓋平，關外軍情更緊，乃令新授欽差大臣劉坤一迅赴山海關駐紮調度，節制關內外各軍。並令自動請纓的吳大澂統率新疆布政使魏光燾所部新湘軍、總兵劉樹元所率撫標軍、吳元愷所率愷字軍等，「即日拔隊出關，分起進發，會合宋慶等軍，相機進剿」１，於是，宋慶於田莊台坐待援軍。
這時，奉命扼守遼陽的黑龍江將軍依克唐阿和吉林將軍長順深感責任重大，一致認為，與其坐待日軍來攻，不如乘其佔領未固之際，先發制勝，於是商定，以集結於騰鰲堡、鞍山站一帶的五十餘營約二萬人的兵力，「分左右兩路，步步前往，相機規海」１。1月17日，依、長兩軍已前進至海城北面，距敵人前沿陣地僅二里許。西路（依軍）包抄至二檯子，東路（長順軍）包抄至頭河堡，東西綿亙近三十里。日軍扼守城北歡喜山和雙龍山（山上均築有炮台），並有步、騎、炮兵列陣以待。當清軍發起攻擊時，日軍步騎數千人在炮火掩護下蜂擁齊出。清軍大半使用土槍，射程小，射速慢，加之「旗漢兵團心志不齊」，相持不久，西路依軍先退，東路長順軍繼之，第一次反攻海城遂告失敗。
1月22日，依、長兩軍又分左右兩路會攻海城。依軍自長虎台向歡喜、雙龍二山之間的三里橋突擊，為歡喜山日軍炮火所阻，又折而北，經沙河沿繞出歡喜山之西，擬攻海城之西北角。長順軍則從頭河堡向海城東北的雙龍山發動進攻，終因日軍炮火猛烈而不得進。下午，日軍發起反擊，依軍大量傷亡，經大富屯向西北方向退走。東路長順軍亦退。第二次反攻海城又歸失敗。
此後，山東半島軍事形勢日趨惡化，清廷主戰派為了從遼東戰場撈回一點面子，急欲乘日軍戰略重點南移之機，一舉收復海城。2月7日，軍機處奉旨電諭長順和依克唐阿：「此時各軍俱到前敵，亟宜剋期合剿。著長順與依克唐阿同心協力，嚴飭諸將奮勇進戰，務期一舉攻拔，再向南路與宋慶會合，節節掃蕩，軍事當大有轉機矣。」１依、長二將鑒於前兩次攻海失敗，深感兵力尚單，商請宋慶出兵會攻。2月11日，吳大澂到達田莊台，其所部除道員李光久軍（老湘軍五營）已先期出關屯於牛莊外，總兵劉樹元所率親兵六營亦已到達牛莊。又總兵梁永福所率鳳字軍五營，也於前一日由田莊台開入牛莊。於是，依克唐阿、長順與宋慶等商定，於2月16日以九十餘營三萬餘人的兵力，再次反攻海城。進攻部署是：依軍自北面進攻大教場為中路；長順軍進攻玉皇山為東路；李光久和徐邦道各率所部從柳公屯進攻唐王山為西路。當天，東西二路進逼頗緊。日軍先則堅伏不動，繼則步、騎、炮兵一齊出擊。東路長順軍傷亡甚眾，中路依軍亦阻於歡喜山炮火，相繼敗退。西路李、徐兩部見勢不妙，也紛紛西走。這樣，第三次反攻海城又未成功。
2月21日，清軍上述各部再次會攻海城失敗。在第四次反攻海城的同時，宋慶依約率所部毅軍、銘軍（統領劉盛休已撤職，改由姜桂題接任）及河南嵩武軍（總兵劉世俊統領）等五十餘營近二萬人進攻蓋平北面的太平山日軍，一則配合攻海，一則為日後收覆蓋平作準備。宋慶軍一度佔領太平山，並與敵相持三日。24日，日軍三面來攻，清軍大敗，退回營口以東地區，防止日軍西犯。
清軍四次反攻海城，雖不是決定性的戰役，但其持續時間之長、動員兵力之多、涉及地區之廣、戰鬥規模之大，在整個中日甲午戰爭過程中是僅有的。清軍總的戰略方針是消極防禦，然就反攻海城來說，則屬於具體戰役戰鬥上的進攻戰。這種情況之所以出現，固然是由於海城戰略地位重要，它的得失，關係到清廷「力保瀋陽以顧東省之根本」方針能否實現，但主要還是由於日本侵略者當時的戰略重點是海陸進攻山東半島，全殲北洋海軍，而在遼東戰場上基本上取守勢的緣故。
四、牛莊、營口、田莊台等地的失守
清軍第四次反攻海城失敗之後，還想進行第五次反攻。當時，「環海城而軍者：兩將軍（依克唐阿、長順）、一巡撫（吳大澂）、一提督（宋慶）、一藩司（魏光燾），共百餘營，六萬餘人（按：宋慶毅軍時已增至三十營）」１。吳大澂所部湘軍分佈海城西北，控制通往牛莊的大道；依軍分佈海城正北，扼牛莊通遼陽的大道；長順軍分佈海城東北，扼通向遼陽的大道。
日軍方面，為了扭轉局面，決定趁冰凍未解之際，由蓋平、海城、鳳凰城分路進攻：一由蓋平北趨營口；一由鳳凰城經黃花甸、三家子赴鞍山站；一出海城北攻依、長兩軍，經甘泉堡指向鞍山站之南。鞍山站系牛莊至遼陽之孔道。日軍欲奪此要隘，示形逼攻遼陽，實將襲取牛莊。因為牛莊一旦有警，海城西面的湘軍勢將由於退路受到威脅而停止攻海。
2月28日凌晨，未等請軍發起第五次反攻，海城日軍第三師團便分路出擊。激戰約三小時，中路依軍敗退。恰在這時，遼陽南九十里之吉洞峪為出鳳凰城的日軍第五師團襲占，遼陽大震。遼陽知州徐慶璋請援於依克唐阿，依便托詞援遼，率部北走，長順軍也隨之而去。日軍跟蹤追擊，一舉奪占鞍山站。不久，第五師團也間道來會。除留兵一部控制鞍山站外，日第三、第五師團合軍西指牛莊。
3月2日和4日，魏光燾、李光久先後率部回援牛莊。兩部新老湘軍共十一營，均困守市內。4日，日軍三路圍攻牛莊，李光久等棄軍而逃。軍士們深陷危地，在無人指揮的情況下，殊死搏鬥，與敵相持竟日，最後傷亡近二千人，被俘六百餘人。日軍也死傷近四百人，其中有今田唯一等將佐軍官十五人。這是中日甲午戰爭中唯一的一次大規模巷戰。參戰清軍英勇拚殺，表現了中國人民敢於同侵略者血戰到底的犧牲精神。牛莊失守後，吳大澂率部由田莊台退往雙檯子，宋慶則連夜率全軍主力退扎田莊台，只留少數兵力守營口。3月7日，由牛莊出發的日軍輕取營口，並與蓋平北上的日軍會師。田莊台四面平坦，加之當時遼河仍然封凍，更是無險可守。3月9日，日軍第一、第三、第五師團分路來攻，宋慶軍大敗，傷亡枕藉。被圍於田莊台內的清軍則被日軍縱火焚燒，死者二千餘人。
田莊台陷落後，宋慶、吳大澂等率殘部退往石山站（錦州東）。從此，自田莊台沿遼河而東，自鞍山站而西，皆為日軍所佔。清廷以淮軍既潰於先，湘軍覆敗於後，北洋海軍亦已覆沒，日軍海陸交乘，畿疆危逼，於是束手無策，屈辱求和之心更為迫切。日本方面，則認為「作戰的第一期已經結束，因此令『征清大總督府』進駐戰地，即將開始第二期作戰」。