大部分清軍早已在昨夜退往旅順口，致使日軍兵不血刃，占領了“嚴城巨防”的大連灣。二十日，日軍撲向旅順口，次日清晨先遣隊行至旅順北10公里土城子時，遭到徐邦道、姜桂題(1843―1922)率領的500多清軍的阻擊，受到重創(chuàng)，死傷50多人，不及收尸即狼狽后撤。二十二日，日軍分兵三路再次進犯旅順，二十四日清晨進攻旅順前沿防線。在椅子山炮臺、松樹山堡壘、二龍山堡壘和雞冠山炮臺等地，兩軍相繼開戰(zhàn)。時至中午，旅順前沿防線全部失守，清軍退入旅順市區(qū)。下午五時許，旅順東南的黃金山炮臺亦被攻占，旅順市區(qū)岌岌可危。當夜，清軍乘風雨大作，放棄旅順口，向金州方向倉皇撤逃。節(jié)制旅順各軍的北洋前敵營務處會辦道員龔照？貪生怕死，早在金州失陷后即逃離前線。二十五日清晨，日軍占領旅順，清政府經(jīng)營16年、耗資數(shù)千萬的船塢、炮臺，一夜之間全部淪陷。日軍進入旅順市區(qū)后制造了慘絕人寰的大屠殺，全市僅36人因被驅(qū)趕掩埋尸體而得免于難，僅埋葬在旅順“萬忠墓”中無辜百姓的尸骨就有2萬多具。
　　旅順、大連的淪陷使清廷朝野大為震動。光緒帝氣憤異常，將李鴻章革職留任，并積極策劃起用湘軍，代替屢戰(zhàn)屢敗的淮軍出關作戰(zhàn)。是年底，清廷任命湘軍宿將、兩江總督劉坤一為欽差大臣，督辦東征軍務。次年初，劉率湘軍開赴遼東戰(zhàn)場，親抵山海關節(jié)制關內(nèi)外諸軍。幫辦東征軍務的湘軍大將吳大？率所部清軍在營口、牛莊、鞍山一線重新構筑工事，以阻擋日軍的進攻。日軍為在遼東戰(zhàn)場徹底取勝，也重新調(diào)動兵力，將第一軍、第二軍一部協(xié)調(diào)行動，向在遼河以東營口、牛莊、鞍山一線布防的清軍發(fā)動新的攻勢。二十一年正月二十七日(1895年2月21日)，接替山縣有朋為日本侵華第一軍司令長官的野津道貫與侵華第二軍第一師團長山地元治在湯池舉行會議，確定了具體的共同作戰(zhàn)方針。二月初六，日本第一軍占領鞍山，次日撲向牛莊。牛莊是遼河下游平原的一個街鎮(zhèn)，外圍無城廓。清將魏光燾所部武威軍6營在此駐守。初八上午9時，戰(zhàn)斗在牛莊外圍打響，清軍利用民宅土墻為掩體，與敵人激戰(zhàn)，至中午被迫退入牛莊市內(nèi)。是時，清將李光久(?―1900)率老湘軍5營趕來，中、日兩軍遂在牛莊鎮(zhèn)內(nèi)展開激烈巷戰(zhàn)，彈飛如雨，硝煙蔽空，雙方逐屋爭奪，犬牙交錯。天黑后，清軍不支，陣亡達千余人。魏光燾、李光久率少數(shù)清兵突圍，牛莊失守。十一日拂曉，日本侵華第二軍第一師團也按照既定作戰(zhàn)方針，向營口發(fā)起總攻。營口位于遼河口左岸，為東北的重要通商口岸。清軍原有2萬多人駐守此地，但初九清晨，清軍統(tǒng)帥宋慶對敵情判斷錯誤，將主力調(diào)往田莊臺，僅留3000余人駐守。由于敵眾我寡，清軍稍作抵抗即紛紛潰退。中午，營口淪陷。十三日，日軍集中3個師團、近2萬人的兵力向田莊臺發(fā)起總攻。雙方炮戰(zhàn)十分激烈。不久，日軍炮火占優(yōu)，清軍不支，遂向東北方向潰退，田莊臺亦告失守，清軍傷亡2000余人。此后，宋慶率軍退走雙臺子，吳大？部退往錦州。遼東半島及其以北的大孤山、寬甸以及遼河以西以北的田莊臺等重要城鎮(zhèn)全部淪入敵手。
　　遼東戰(zhàn)役是中日雙方在中國境內(nèi)進行的大規(guī)模陸戰(zhàn)。戰(zhàn)役歷時7個月，戰(zhàn)場波及遼東半島大部地區(qū)。清軍苦心經(jīng)營的鴨綠江防線、遼南防線和營口至鞍山防線被日軍先后突破，防守兵力占優(yōu)勢的清軍紛紛敗退，致使遼東大部重鎮(zhèn)淪陷，且直接危及奉天和京畿地區(qū)的安全。遼東戰(zhàn)役失敗后，以慈禧為首的清廷被日軍威力所懾服，加緊了乞和投降的步驟。