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1894年7月，日方发动战争的阴谋愈发明显，清朝国内舆论和清军驻朝将领纷纷请求清廷增兵备战，朝廷形成了以光绪帝载湉、户部尚书翁同龢为首的主战派，然而慈禧这妖太后并不愿意其六十大寿为战争干扰，李鸿章为保存自己嫡系的淮军和北洋水师的实力，也企图和解，这些人形成了清廷中的主和派。到7月中旬中日谈判破裂以后，一直按兵不动的李鸿章才应光绪帝的要求，开始派兵增援朝鲜。随着中日、日朝谈判相继破裂，列强调停均告失败，1894年7月17日，日本大本营作出开战决定；7月20日，日本编成了以伊东祐亨为司令的联合舰队，随时准备寻衅；同日，日本驻朝公使大鸟圭介向朝鲜政府发出最后通牒，要其”废华约、逐华兵”，要求48小时内答复，朝鲜继续敷衍日本，于是日本决定出兵控制朝鲜政府，以找到与驻朝清军开战的“委托”。
1894年7月23日凌晨，侵朝日军突袭汉城王宫，击溃朝鲜守军，挟持朝鲜国王李熙（朝鲜高宗），解散朝鲜亲华政府，扶植国王生父兴宣大院君李昰应上台摄政。日本嗾使朝鲜亲日政府断绝与清朝的关系，并“委托”日军驱逐驻朝清军。控制了朝鲜政府后，1894年7月25日（农历甲午年六月二十三日），日本不宣而战，在朝鲜丰岛海面袭击了增援朝鲜的清朝军舰“济远”、“广乙”，丰岛海战爆发，海战中日本联合舰队第一游击队的“浪速”舰击沉了清军借来运兵的英国商轮“高升”号，高升号上800余名士兵遇难。至此，日方终于引发了甲午中日战争。
1894年8月1日（光绪二十年七月初一），中日双方正式宣战!
清朝在其宣战诏书中指出朝鲜历来是清朝的附属国，清朝是应朝鲜政府的要求出兵的，相反日本“不遵条约，不守公法，任意鸱张，专行诡计，衅开自彼，公理昭然”，令清朝忍无可忍，因此“着李鸿章严饬派出各军，迅速进剿，厚集雄师，陆续进发，以拯韩民于涂炭。”日明治天皇睦仁在宣战诏书中则针锋相对，声称“朝鲜乃帝国首先启发使就与列国为伍之独立国”，声称其开战原因是“帝国于是劝朝鲜以厘革其秕政……朝鲜虽已允诺，清国始终暗中百计妨碍……更派大兵于韩土，要击我舰于韩海，狂妄已极。”表示其目的是“使朝鲜永免祸乱”、“维持东洋全局之平和”、“宣扬帝国之荣光于中外。”
这时在清廷内部，以光绪帝为首的主战派目前占上风。慈禧太后盼望从速结束战争，以免耽误她大办庆典，因此倾向和议，但迫于清议，一时尚不敢公然主和。
1894年7月25日至9月17日，战争在朝鲜半岛及黄海北部进行，陆战主要是平壤战役，海战主要是黄海海战。
1894年7月下旬，中日两军在朝鲜境内开战。清军在丰岛海面被日军偷袭之后，很快被在陆上的成欢驿的日军偷袭（成欢之战），由于朝鲜政府已被日本控制，叶志超、聂士成等部驻牙山的清军被迫绕道汉城，北撤到朝鲜北部重镇、平安道首府——平壤。毅军以分统太原镇总兵马玉昆率五营一队（约2100人），与河州镇总兵卫汝贵盛军以及奉天的奉字练军、盛字练军一起，构成了四大军29营，13526人，于8月先期入朝，在平壤与从牙山退回的叶志超、聂士成部汇合，朝廷命叶志超为驻平壤各军总统。截至8月下旬，清军已在平壤城内城、中城、外城及东北城4区建好堡垒27处。
平壤之战是双方陆军首次大规模作战。驻守平壤的清军共三十五营，一万五千人；进攻平壤的日军有一万六千多人。虽然朝鲜政府被强行拉到日本阵营，但朝鲜的平安道观察使闵丙奭积极协助清军作战，大院君李昰应也暗中给清军传递情报。清军并未充分利用这些优势，由于其主帅叶志超指挥失误和临阵脱逃，导致清军失败，以至于影响了整个战局。
日军分四路围攻平壤，兵力分散，由于李鸿章“先定守局，再图进取”的作战方针以及清将叶志超的胆小昏聩，左宝贵等人攻打日军的行动不断遭到叶志超的阻挠，日军遂顺利完成了对平壤的包围。1894年9月15日，战斗在三个战场同时展开：其一为大同江南岸（船桥里）战场。其二为玄武门外战场。其三为城西南战场。在大同江南岸战场，晨三时，日军第九混成旅团在大岛义昌少将的指挥下，首先向大同江南岸清军发起进攻。清军分兵抗拒，重创日军第9旅团。日军中、右两队司令官武田秀山中佐和西岛助义中佐拼命督战，攻陷了左右两翼的堡垒，随即遭到清军的步炮协同夹击，再遭重创，这一仗日军遭受了重大伤亡，后世《明治廿七八年日清战史》公布的数字，“将校以下死者约一百四十名，伤者约二百九十名”。中队长级大尉军官被击毙四名，少尉军官被击毙二名。第9混成旅团长大岛义昌少将、第21联队长西岛助义中佐、炮兵第5联队第3大队长永田龟少佐均被击伤。
玄武门为日军的主攻方向，因此集中了优势兵力，由立见尚文少将的第十旅团（又称朔宁支队）和佐藤正大佐的第十八联队（又称元山支队）担任主攻。高州镇总兵左宝贵登玄武门指挥，激战中，左宝贵中炮牺牲，其部下三位营官先后阵亡，午后二时玄武门被日军攻陷。日军向城内推进，遭到清军的奋力抵抗，只得退守玄武门。
在城西南战场，野津道贯亲率日本第五师团本队，于晨七时从平壤西南用炮火掩护步兵冲锋，清军马队进行反击。至中午，野津道贯见难以得手，下令暂停攻击，退回驻地。此时，军总统（总指挥）叶志超在战局胶着的情况下，于午后四时树白旗停止抵抗，并下令全军撤退，日本便在清兵的退路上设下埋伏。当天雨夜，撤退的清军中伏，阵脚大乱，死亡2000人，被俘500余人。平壤之战以清军大败告终。以后6天中，清军狂奔五百里，一路逃至鸭绿江边，于21日渡鸭绿江回国。日军一路高歌猛进，占领朝鲜全境。
黄海海战发生于1894年9月17日，即平壤陷落的第三天，日本联合舰队在鸭绿江口大东沟附近的黄海海面挑起—场激烈的海战，这是甲午战争中继丰岛海战后第二次海战，也是中日双方海军一次主力决战。9月15日上午，北洋水师护送4000余名入朝援军到朝鲜。返航后在鸭绿江口大东沟（今辽宁东港市）遭遇日军阻截，战斗由此爆发。日本海军在大同江外海面投入战斗军舰则有12艘，包括其全都精华，中午开战后，北洋舰队重创日本比叡、赤城、西京丸号诸舰，但北洋舰队中扬威、超勇二舰亦受重创。