山东半岛之战是中日甲午战争的另一个主要战场，从1895年1月21日日军在山东荣成湾登陆到2月17日日军占领威海卫，历时近1个月，甲经曰马河前哨战、南帮炮台争夺战和刘公岛保卫战，最后以威海卫海军基地的失陷和北洋海军的覆没而告结束。
日本侵略者在1894年11月底攻占了旅顺口北洋海军基地之后，扩张野心更加膨胀，决心扩大侵略，完成大本营的预定目标——进军山海关，直逼直隶平原，寻求与清军进行主力决战，威胁京、津，迫使清政府完全投降。为此，日本大本营制定了一个新的扩大侵略的作战计划——“山东半岛作战计划”。
这个计划是根据内阁总理大臣伊藤博文和联合舰队司令长官伊东亻右亨的建议制定的，目的是进攻山东半岛，占领威海卫，封锁直隶湾，消灭北洋海军。这样，既可迫使清政府投降，又可避免列强为保护各自在华权益而对日本进行联合干涉。为此，日本侵略者决定以大山岩指挥的第二军第二师团及在国内的第六师团编成“山东作战军”，由海路运输，在山东半岛登陆。
1894年12月16日，日本大本营命令联合舰队担任运送陆军的护航任务。伊东亻右亨接到命令后，于23日派军舰到山东半岛荣成湾一带侦察登陆地点。
荣成湾是山东半岛成山角西南方的一个海湾，西距威海卫67公里，湾口宽阔，能避强烈的西北风；湾为泥底，适于受锚；北岸有长约1000多米的沙地，汽艇可驶至离岸3米处，舢板可直接靠岸；沿岸丘陵起伏，适于掩护陆军上岸。日军遂选择荣成湾内龙须岛附近为登陆点，并计划在1895年1月19、20、22日由大连分三批运送陆军登陆。
1月18日，伊东亻右亨根据作战计划，派出吉野、秋津洲、浪速3艘巡洋舰到登州游弋，并进行炮击，制造日军准备进攻登州的假象，掩护日军在荣成湾登陆。同时，派高干穗舰到威海卫港外，监视北洋舰队行动。19日中午，联合舰队主力护送第一批运送船19艘，满载第二师团1.5万人由大连出发，于20日中午到达荣成湾。由于滩多水浅，军舰不能靠岸，运兵及辎重上岸均靠驳力，第一批陆军登岸直到21日才结束。第二批运送船载第六师团1万人于21日到达，22日登陆完毕。第三批运送船于23日到达，当天登陆完毕。日军共约3.5万人，马3800匹。25日，大山岩到达荣成，设立山东作战军司令部，开始准备向威海卫进犯。
关于日军在荣成湾登陆，准备进犯威海卫的消息，清政府事先虽未获得准确情报，但已有所闻，即电告北洋大臣李鸿章和山东巡抚李秉衡，要求“饬令各军加意严防”。但二李并不认真采取积极的防御措施，仍坚持其避战保船的方针，命令北洋舰队不许出战。
1月25日，日军主力在大山岩指挥下，从荣成出发，分南北两路向威海卫进犯。
这时，驻守山东半岛的清军有40余营，2万多人。若能调遣得当，完全有可能阻止或延迟日军的前进。但直接指挥山东防务的李秉衡，目光短浅，胸中无数，只派孙万林等少数军队前往迎战。
1月25臼晚7时，日军先头部队到达距威海卫25公里的白马河东岸。驻守在河西岸的孙万林军趁敌军立脚未稳，迅速发起攻击，激战两小时，歼敌100多人，清军只伤亡2人。”日军不支，狼狈溃逃。后因阎德胜破坏作战计划，刘树德也找借口率军西去，只剩孙万林孤军作战。不久，日军大队赶到，孙万林寡不敌众，不得不撤出阵地，向羊亭集退走。
白马河前哨战是中日陆军在山东半岛的首次接仗，也是日军入侵山东半岛后遭受的第一次打击。这次战斗虽然只是清军的一次小胜，但它创造了中日甲午战争中以少胜多的战例，表明中国军队只要有正确的指挥，是可以打败日本侵略者的。
白马河战役后，日军长驱直入，继续西犯。1月29日，日军第二师团占领温泉汤，第六师团占领九家疃，开始对威海卫南帮炮台后路形成包围。
1月30日拂晓，日军首先进攻威海卫南岸的制高点摩天岭。守卫在这里的清军仅一个营，在营官周家思指挥下，奋起抵抗，双方展开了激烈的争夺战。港内北洋舰队的定远、镇远、来远等舰也驶至南岸助战。日军也乱放山炮应战。日军踩中清军预先埋设的地雷，死伤枕藉。日军在军官的驱赶下继续猛扑，守军虽顽强抵抗，但因兵力太少，一营人全部壮烈牺牲。日军虽然占领了摩天岭，但也付出了重大伤亡的代价。左翼队司令官大寺安纯少将也被来远舰所发炮弹击毙在摩天岭炮台上。
日军攻占摩天岭炮台后，用炮台的大炮掩护右翼队向杨枫岭进攻。杨枫岭守军一营，在副将陈万清指挥下，抗击数倍于己的敌人，自上午8时至11时，激战3小时，打退了日军多次冲锋，予敌以重大杀伤。敌军冲不上去，就集中炮火疯狂轰击。炮台周围的树木被击中起火，弹药库也被击中，炮台上烈焰升腾，守军伤亡过半，被迫撤退，杨枫岭炮台被攻陷。
当日军右翼队进攻南帮炮台时，左翼队也向南帮陆路炮台南侧的虎山发起进攻，企图一举攻克虎山，再向北推进，切断南帮炮台清军退路，配合右翼队实行南北夹击。驻守虎山的两营清军奋勇杀敌，炮兵也配合轰击，使日军伤亡惨重。后来，清军由于指挥官刘树德贪生怕死，弃军逃跑而自行溃散，虎山失陷。日军攻占虎山后，向北推进到风林集，切断了由南帮炮台撤下来的七八百名清军的退路。在这紧急关头，海军提督丁汝昌亲自指挥靖远、镇南等4艘炮舰驶到南岸杨家滩附近，用排炮向日军轰击，日军不支，仓惶逃走。被围清军在陈万清率领下突围。
日军攻下南帮陆路炮台后，立即对龙庙咀、鹿角咀、皂埠咀3座海岸炮台进行海陆夹攻。日军首先进攻龙庙咀炮台，守台的40名清军奋勇抵抗，终因寡不敌众，全部壮烈牺牲。日军占领龙庙咀炮台后，立即利用炮台上的大炮向鹿角咀炮台轰击，炮台外的长墙被炮火摧毁，日军从缺口蜂拥而上。炮台守军没有近射武器，无法抵抗，炮台被攻占。日军又利用从杨枫岭、龙庙咀、鹿角咀等炮台上夺取的清军大炮，轮番猛轰皂埠咀炮台。为使炮台上的6门15—28厘米口径的大炮不致被日军用来威胁刘公岛炮台和港内北洋舰队，丁汝昌派鱼雷艇载敢死队前往炮台毁炮。
1月30日，日军第二师团进攻凤林集，被北洋舰队的排炮轰退。
2月1日，日军慑于北洋舰队的炮火威力，不敢沿海岸线进攻威海卫城，而采取从西路迂回的战术。2日，日军探知威海卫城内清军已全部撤退，遂占领该城，并分兵进攻北帮炮台。由于守将戴宗骞贪生怕死，6营守军先后解散或溃散。丁汝昌只好下令炸毁药库。日军不战而占领了北帮炮台。
威海卫南北海岸炮台既失，日军便以全力进攻刘公岛、日岛炮台和港内的北洋舰队。
面对日军的海陆夹击，北洋舰队和刘公岛、日岛守军，在丁汝昌的率领下，奋勇抵抗。双方炮战终日，日舰始终未能靠近港口。
2月4日和5日，伊东亻右亨进行鱼雷艇夜袭，击沉北洋舰队的定远、来远、威远等舰，削弱了北洋舰队的实力。
2月7日，日舰以单纵阵向刘公岛、日岛发动进攻。岛上守军奋勇还击。这一天，守军苦战终日，虽然打退了日舰进攻，却被迫放弃了日岛炮台，损失了全部鱼雷艇，形势更加严峻了。
2月8日夜，日舰偷袭刘公岛东口，用炸药爆炸防材，使东口藩篱尽撤，门户洞开。在日军围攻日急，援军绝望，军心不稳的情况下，刘步蟾、丁汝昌、张文宣、杨用霖等先后服药自杀。12日，美员浩威盗用丁汝昌名义致书向日本乞降。17日上午，日军正式占领威海卫，将北洋舰队的舰船俘获，插上日本旗，北洋舰队全军覆没，山东半岛之战结束。
山东半岛之战的失败，是清政府的腐败和李鸿章推行“避战保船”的消极防御方针所造成的恶果，也是淮系、湘系等军阀派系为保存实力，扩充地盘，彼此倾轧，见危不救的结果。
山东半岛之战的失败，使京畿完全暴露在日军的刀锋下，直隶平原无险可守。同时，对清军的士气和清朝统治集团的心理影响也是巨大的。从此，妥协投降空气更占上风，清政府愈益丧失了抵抗的信心。
