概述
伊東佑亨日軍占領了威海衛城和南北兩幫炮台後，周圍陸地上的清軍已經全部掃清，便以海軍艦艇部隊為主，在陸軍部隊的配合下，對劉公島及港內的北洋艦隊發起了全面的進攻。
偷襲北洋艦隊
劉公島保衛戰1895年2月3日,日本艦隊排成單列縱陣,在威海港口外進行挑釁。上午10時,日本艦隊駛往港灣南口,首先對劉公島上的東泓炮台發炮轟擊。這時，南幫炮台上被清軍破壞的7門大炮已被日軍修好，並被日軍用來向劉公島上的東泓炮台進行轟擊。海岸炮台與日本艦隊一起，對劉公島形成了夾攻之勢。雖然戰局對北洋海軍極其不利，但北洋提督丁汝昌及廣大將士並無懼意，拚死而戰。雙方炮戰一天，日本軍艦始終無法接近威海衛港口，最後不得已而退。
日軍海陸夾擊劉公島沒有奏效，便決定用魚雷偷襲。但魚雷偷襲北洋艦隊並非輕而易舉之事。2月3日，日軍魚雷艇偷襲未能得逞，只得敗退而逃。2月5日，日艇再次偷襲，擊中了定遠艦的尾部，艦體受到嚴重破壞，定遠艦駛到劉公島南岸海攤處擱淺。2月6日，日艇發射魚雷，擊中來遠艦，艦內30餘人全部遇難。同時，練船威遠號和差船定筏號也中雷沉沒。當天下午日本聯合艦隊又對劉公島發動海上進攻，經過激戰，日本艦隊再次被擊退。2月7日，日本聯合艦隊司令伊東祐亨決心一舉攻下劉公島，全殲北洋艦隊。北洋艦隊各艦與劉公島、日島炮台進行還擊。日軍的旗艦松島號、橋立號艦、秋津洲號、浪速號都中彈受傷，日本聯合艦隊遭此損傷，氣焰為之一挫。而恰在此時，北洋艦隊魚雷艇管帶王平等軍心動搖，密謀逃跑。王平一夥民族敗類所製造的逃跑和叛變事件，不僅削弱了北洋艦隊的勢力，更影響了清軍的士氣，對劉公島戰鬥造成了極為嚴重的惡果，犯下了不可饒恕的罪行。
死守日島炮台
在劉公島保衛戰中，日島炮台始終是日軍進攻的重點之一，因而戰鬥打的格外激烈。當日本艦隊右軍追擊北洋艦隊魚雷艦隊的時候，日本艦隊左軍則向日島炮台的清軍發起了更加猛烈的攻擊。在劉公島保衛戰最艱苦的時候，丁汝昌把守衛日島炮台的重任，交給了薩鎮兵。日島炮台守將薩鎮兵，身先士卒，英勇頑強，受到將士們的愛戴和讚揚。日島威海南口水域的中流砥柱，日島炮台，是劉公島的門戶，守住日島炮台，可保劉公島安全無憂，日島炮台如果丟失，劉公島就危險了。劉公島保衛戰打響以後，薩鎮兵始終堅守崗位。威海灣南北兩幫炮被日軍攻占後，日島炮台更成為日軍進攻的重點。從1月30日到2月6日，日島炮台整整激戰了8天，始終沒讓日軍向威海灣越進一步。2月7日，日島炮台保衛戰更為激烈，但畢竟與日軍力量相差懸殊，經過一天的殊死搏鬥，雖然打退了敵人的進攻，但日島炮台本身的損失也很嚴重，日軍的成百上千發炮彈，把日島炮台炸得面目全非，炮不能用，彈藥全無，丁汝昌只好下令放棄這座失去作用的炮台，薩鎮兵含著悲憤的淚水，率領守軍撤回劉公島。
盼援軍
劉公島保衛戰真實記錄日島炮台被迫放棄後，劉公島仍然屹立在威海灣。2月8日，日本聯合艦隊在威海港灣口外警戒，以防備北洋艦隊逃跑，並不時開炮挑戰，丁汝昌深感單憑一座孤島勢難久守，便決定派人赴煙臺求援。丁汝昌率軍守衛在劉公島，日夜期盼著援軍的到來。確實，根據當時的情況看，劉公島能否支撐得住，很大程度上取決於援軍能否到來。2月7日和2月9日丁汝昌兩次致電催促援兵速救，但是，徐州鎮總兵徐風樓的馬隊3營剛到濰縣，又被李鴻章奏請清政府調往直隸。其它各營則行動遲緩。直到劉公島陷落時，援軍仍距劉公島很遠。丁汝昌盼望援軍的打算徹底落空，劉公島的陷落勢不可免。
劉步蟾自殺
由於援軍久盼不至，劉公島的形勢更趨惡化。為了不讓受傷的軍艦落入日軍之手，丁汝昌無奈於2月9日，炸沉了靖遠艦，並在定遠艦的中央要部裝上棉火藥，將其炸毀。2月10日，誓與軍艦共存亡的右翼總兵、定遠艦管帶劉步蟾在極度悲憤中自殺記亡，時年僅44歲。
丁汝昌殉職
劉步蟾的死，引起了丁汝昌的極大悲痛。2月11日，東泓炮台台失守。到了晚上他接到所派水手的匯報，得知率領魚雷艇隊逃跑的王平逃到煙臺後，謊報軍情說劉公島已經失守，因而駐煙臺的清軍未來救援。在援軍無望的情況下，他深感悲憤欲絕，拒絕伊東祐亨的“勸降書”，於1895年2月12日凌晨4時，飲下了滿滿的一杯鴉片。鴉片的藥力是慢慢地發揮作用的。深冬的太陽露出了大海的海面，丁汝昌咽下了最後一口氣，時年59歲。
丁汝昌為國捐軀、寧死不降，表現了中華民族的崇高氣節。但腐敗的清政府卻把丁汝昌作為戰敗的替罪羊，下令交刑部治罪，丁汝昌殉國後，棺柩加三道銅箍捆鎖，以示戴罪，磚丘於其原籍村頭不得下葬。至宣統二年，丁汝昌才得以昭雪。
屈膝投降
抗降派將領死後，主降派即占了上風。牛昶昞把丁汝昌大印交給了美籍洋員浩威，假借丁汝昌的名義投降。浩威親自起草降書，然後由牛昶昞\\蓋以北洋海軍提督印，並決定派廣丙艦管帶程壁光送到日本聯全艦隊旗艦。1895年2月14日下午3時半，牛昶昞、程壁光再次來到日艦松島號，交出中國將弁、洋員名冊以及陸軍編制表，清軍總計投降陸軍官兵2040人，海軍官兵3084人，合計5124人，並在日軍起草的《威海降約》上籤上了自己的名字。
全軍覆沒
2月17日上午8時30，日本聯合艦隊以松島艦為首，其餘艦隻緊隨其後，從百尺崖起航，列成單縱陣形，各艦高懸軍旗，魚貫自北口進，徐徐駛入威海港，10時30分，北洋海軍10艦，都降下中國旗，而換上日本旗，劉公島炮台也升起了日本旗。
曾經一度威震遠東的清朝北洋艦隊，就這樣全軍覆沒了。
