日本偷袭运兵船，意在挑起对清朝的战争。清廷求和的计划彻底落空，正在为慈禧准备寿典的光绪帝闻知后更是气愤，为了维护天朝颜面，第二天便向日本宣战。可是，李鸿章深知清朝若与日本作战胜算并不大，故而不肯全力备战，他以双方装备的对比向光绪帝陈述宣战之不可行的理由：“北洋铁、快各舰，堪备海战者只有八艘，余船尽供运练之用”，“历考西洋海军规制，但以船之新旧，炮之大小迟速分强弱，不以人数多寡为较量”，他盘算完家底后，坚定地认为，北洋海军无论在数量还是质量上，与日军相比都逊一筹。在此不利条件下，日军尚不知悉清军的真实作战能力，清军对其仍有威慑力，因而他要北洋舰队“作猛虎在山之势”，使日军 “不敢轻与交锋”。然而，事情并没有像清军希望的那样发展。因 “高升”号被毁，北洋舰队失去后援，主力部队疲于在巡护与回防之间奔劳，导致李鸿章建议的 “海守”战略无法实施，而清军也失去了战场上的主动权。
七月初一，日本明治天皇颁布 《宣战诏书》，亚洲最强大的两国军队由此在海陆同时展开搏斗。日本国内并不看好这次战争，因为中朝联手后，日本胜算不大。所以，诏书颁布当日，东京、大阪的股票和债券暴跌。然而，战事的发展却大大出乎人们的意料。
在陆地，两国军队在平壤进行较量。平壤是朝鲜第二大城市，也是旧京，在战略上，“实为朝鲜全境之中权，乃图朝鲜必争之地”。此时朝鲜政府已经被日本控制，针对朝鲜的战争很快由海战转为陆战，平壤成了主战场。这时，叶志超、聂士成率领从牙山败退的清军两千人赶来会合，清军在平壤的总兵力达一万六千余人，另有朝鲜出动千余人的军队协助守卫，实际驻防兵力超过一万七千人。日军的兵力也有一万六千余人，陆战双方实力相当，日军处于进攻态势。
叶志超因在牙山战败后谎报战功，受到朝廷奖赏，并于七月二十五日奉命统率平壤诸军。任命传至军营，诸将领皆不服，同时也对李鸿章“先定守局”的消极作战部署感到不满。八月十六日，日本陆军大将山县有朋(21)率部完成了对平壤的包围，同时切断了清军的退路，于次日凌晨发起总攻。经过大半天抵抗，日军伤亡四百三十余人，但日军随后调集炮火轰击，使城墙坍塌，清军大炮被毁。在战斗最激烈的玄武门，指挥官左宝贵以身殉国。与此同时，驻防平壤城西南、大同江北一线的清军也受到日军的疯狂进攻，二百多名骑兵全部牺牲，防线被突破。在这危急时刻，叶志超竟然带领清军从平壤城七星门和静海门逃出，弃城逃跑，然而遭到日军伏击，死伤近两千人，五百多人被俘，军火、辎重损失无数。叶志超带着败军向北狂奔五百里，一路上风声鹤唳、草木皆兵，最后退守鸭绿江。八月十七日，日军占领平壤。
李鸿章闻讯后震怒，电令清军 “等待各营会齐再相机进取”。这时，日军仍在不断地向朝鲜运兵，北洋水师只在渤海内巡视，根本没有发现日军的运兵船。日本陆军在占领朝鲜后，准备挥师北上，侵入清朝国境。
当陆战还在进行时，在黄海北部海域，一场大规模的海战也打响了。战前，日本海军各舰队暂编为联合舰队，由伊东祐亨(22)海军中将担任联合舰队司令。联合舰队下编为四个分队：本队第一分队、第二分队、第一游击队和第二游击队。
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