早在宣战之前，日本即已成立战时大本营，统一筹划和指挥陆海军作战事宜，大本营首席长官由参谋本部总长陆军大将有栖川宫炽仁亲王担任（1895年1月炽仁亲王死后，由陆军大将小松宫彰仁亲王代理），由参谋本部次长陆军中将川上操六和海军军令部长中牟田仓之助（7月17日，中牟田仓之助免职，海军中将桦山资纪接任）二人共同辅佐。在明治天皇和伊藤博文首相等的亲自参与下，日本战时大本营在战前已制订好侵略中国的“作战大方针”，即：以主力在山海关附近登陆，于直隶平原同清军主力决战，夺取北京。在这一战略方针指导下，日军制定了如下作战计划：首先派陆军第五师团进占朝鲜，钳制和击败在朝清军；海军则以联合舰队击破中国北洋舰队，迅速夺取黄海和渤海制海权。下一步则视海军胜败情况而定：第一，如海军主力决战获胜，则将陆军主力输送至渤海湾（以山海关为主）登陆，实施直隶平原决战，第二，如果海上决战不分胜负，中日双方均不能掌握制海权，就用陆军主力侵占整个朝鲜；第三，如果海上决战失败，清军控制了制海权，本国又受威胁，则尽力援助在朝的陆军，而把陆军主力留守本土，以防清军反攻。日军这一作战计划的核心是，消灭北洋舰队，夺取黄海、渤海的制海权，控制海上运输线，进而与清军进行直隶平原决战。
清军方面，事先没有明确的战略方针。当时，清朝统治集团内部分为“后党”和“帝党”两派。光绪帝自1889年“亲政”以来，力图有所作为。他与户部尚书翁同和为首的“帝党”，竭力主战。而实际把持朝政的西太后慈禧与李鸿章为首的“后党”，为了保持实力，竭力主和，积极推行“屈辱求和”，“避战自保”的政策。由于政治腐败和内部纷争，清廷始终不能协调一致地统筹全局，因而事先既未组成专门的作战指挥机构，又未制定相应的战略方针，以对付日本军国主义的侵略。开始，寄希望于俄英等国的所谓“调停”。当朝鲜形势极度紧张，全国舆论和清军某些爱国官兵强烈要求清政府积极抗战时，主和派既不敢公开反对，又不愿认真备战。直至战争爆发之后，清王朝为形势所迫，才临渴掘井，在宣战诏书中提出了一个海守陆攻的战略方针：“著李鸿章严饬派出各军，迅速进剿，厚集雄师，陆续进发，……并著沿江、沿海各将军，督抚及统兵大臣，整饬戎行，遇有倭人轮船驶入各口，即行迎头痛击，悉数歼除”。根据这一方针，决定增调陆军赴朝，先在乎壤集中，然后南下驱逐在朝日军，以海军各舰队分守各自防区内的海口，北洋舰队即集结于黄海北部，扼守渤海海峡，策应在朝清军，并确保京畿门户的安全。
平壤之战（1894年9月）
一、双方作战方针及部署
日本大本营为迅速获得制海权，于宣战的次日（8月2日）即命令联合舰队搜索并击破中国北洋舰队，以求年内实施其“作战大方针”的重点——直隶平原决战。不久，得知大批清军将于平壤附近集中并相机南下，于是，日军大本营已无暇等待其海战的结果，乃命令第五师团的其余部分立即赴朝。8月14日，日本大本营根据其联合舰队未能与北洋舰队决战，并为检修舰只而移泊朝鲜半岛南端的长直路等情况，确认年内已无法实行直隶平原决战的原定计划，必须等到来年解冻之后再作考虑，于是重新制定冬季作战方针，即：增派第三师团（先编成混成第五旅团）与已在汉城附近集结的第五师团合编为第一军，以陆军大将山县有朋为司令官，执行北攻平壤，相机进攻奉天，吸引直隶清军主力出援的任务；同时准备组建第二军，以待机攻占辽东半岛，为将来实施直隶平原决战建立进军基地。
山县有朋到达朝鲜（9月12日于仁川登陆）以前，在朝日军由第五师团长陆军中将野津道贯统率。9月2日，野津道贯等议定，以第五师团及第三师团之一部，共约一万五千人，分四路进攻平壤。其部署是：陆军少将大岛义昌率混成第九旅团（步骑约五千、炮二十门）由汉城出发，沿大道指向平壤东南，从正面进攻，牵制清军。野津道贯自率步兵第二十二联队、十二联队及骑兵、工兵、炮兵各一部（步骑约五千、炮十二门）继后，渡大同江之下游，进攻平壤西南。第十旅团长陆军少将立见尚文率步兵第十二联队之第一大队、第二十一联队之第二大队及骑兵、炮兵各一部（步骑约二千、炮六门），自朔宁经新溪、遂安、祥原、江东，渡大同江进攻平壤东北，称“朔宁支队”。陆军大佐佐藤正率步兵第十八联队及骑兵、炮兵、工兵各一部（步骑约三千，炮十二门）自朝鲜东北部的元山登陆（称“元山支队”），经文川、阳德、成川（今新成川南）、顺安，绕攻平壤北部，截断清军后路。
日军根据这一分进合击的作战计划，预定9月15日包围平壤，发起总攻。
早在8月上旬，清政府派出的四支援军先后抵达平壤。丰升阿、卫汝贵等以兵力不足、后路空虚为由，要求“先定守局，再图进取”。李鸿章也认为。非有劲旅三万人，前后布置周密，难操胜算”，“目前只能坚扎平壤，扼据形胜”。尽管清廷急于要按原定方针向南进军，多次电催李鸿章饬令各军“相机进取”，“直指汉城”，李鸿章总是借故延宕，以致前敌各军既不南下进攻汉城，又不择险据守，互为策应，“而以二十九营万四千余人聚乎壤，置酒高会，日督勇丁并朝民于城内外筑垒，环炮而守”，坐待日军来攻。8月下旬，叶志超抵达平壤。这个败军之将被任命为平壤各军总统，“一军皆惊”，进一步破坏了士气。叶志超对于军事更加漫无布置，身为前线统帅，不亲自组织侦察，及时获取准确的情报，主要依靠天津的电报通报，因而对前线敌人情况很不了解，只知道日军主要从中和大道来攻，而不知其从几个方向同时包围平壤。9月6日，叶志超与诸将议定，以一部兵力监视元山方向之敌，以主力南下迎击自黄州北进之日军。6、7两日，部队已按计划出发。此时，叶志超得到日军一部已抵成川的消息，因顾虑平壤后路发生危险，于是突然改变决心，急忙将部队调回，仓卒作出防御平壤的部署，而此时各路日军已完成了对平壤的合围。
平壤是朝鲜的旧都，山环水抱，形势险要，城墙高约十米，墙基厚约七米，南北绵亘十余里。大同江自城东至西南流过。城有六门：南为朱雀门，西南为静海门，西北为七星门，北为玄武门，东为长庆门，东南为大同门。长庆、大同二门紧靠大同江。玄武门跨牡丹台山修筑。由于牡丹台紧靠城墙，因而成了守卫平壤的命脉所在。
清军依城划分各军防区：城北方面，由左宝贵所部奉军、丰升阿所部盛军及江自康之仁字两营防守；城西方面，由牙山军（即叶志超原来所部）防守；城南方面，由卫汝贵所部盛军及马玉昆所部毅军之一部防守；城东南大同江东岸，由马玉昆所部毅军防守，有浮桥一座沟通两岸联系。叶志超坐镇城内，居中调度。
9月13日，四路日军均已逼近平壤，其中元支队已进至顺安，切断了清军退往义州的后路。
14日清晨，日军元山、朔宁两支队一齐发起攻击，占领了城北山顶数垒。左宝贵亲自督队争夺，未能取胜，便率部入城，用大炮轰击敌人。日军坚伏不退。当晚，叶志超主张弃城撤退，遭到左宝贵的坚决反对。左宝贵派亲兵监视叶志超，防止其逃跑。
15日拂晓前，日军发起总攻。大同江东岸的日军混成第九旅团分三路进攻平壤城东南。扼守大同江东岸的马玉昆所部毅军奋力抵抗，与敌展开肉搏战，自清晨激战至午后，终于打退了东路日军的进攻。北路战事也十分激烈。日军朔宁、元山两个支队又于当天拂晓发起进攻，左宝贵亲自登玄武门指挥，士兵拚死拒敌。战至上午，日军先后攻破玄武门外的五座堡垒，并向玄武门猛烈突击。左宝贵为了表示与城共存亡的决心，身穿黄马褂，继续指挥。11时，左宝贵中炮阵亡，士气大挫，玄武门遂被日军攻占。叶志超随即悬白旗乞降，并下令撤军。当时，马玉昆部正与东路日军相持于大同江东岸，偷袭平壤西南的日军第五师团主力也被卫汝贵所部击退，伤亡惨重。正当东西两路清军准备乘胜出击的时候，忽闻北路失利，并接到叶志超的撤军命令，马玉昆、卫汝贵只得率部回城。日军准备宿营，未再前进。当晚，叶志超率守军乘夜暗仓皇逃出平壤。日军于城北山隘堵截，清军伤亡二千余人，被俘数百人。途经顺安，又遭日军拦击，死伤枕藉。
16日，叶志超等逃至安州，始与吕本元，聂士成等部会合。安州距平壤九十公里，北倚清川江，南有群山依托，城垣高大，是平壤以北的第一重镇。聂士成建议叶志超凭借安州有利地形，阻敌北犯。叶志超不同意，继续率军向义州狂逃。19日，李鸿章曾电告叶志超驻守义州，不准退往鸭绿江以西。三天以后，李鸿章又认为与其株守义州孤城，不如全线撤回，于是，清军于22～24日放弃了义州等战略要地，退过鸭绿江。
平壤之所以轻易陷落，关键在于前敌总指挥不得其人。叶志超于成欢之战打响时，立即弃军逃奔平壤，惊魂未定，又以谎报战功而被任命为平壤各军总统，由于不孚众望，“各将领均不受节制”。他庸懦怯敌，既不敢驱军南下，也没有保卫平壤的决心，一经接战，再次率先逃跑，致使军心大乱，“凡有大小炮四十尊，快炮并毛瑟枪万数十杆，将弁私财，军士粮饷，军资、器具、公文、密电、尽委之而去”。此外，清军纪律甚差，不能与当地人民呼吸与共，也是平壤失守的重要原因之一。本来，由于中朝两国同遭日寇侵略，共同的命运把两国军民联系在一起。当清军刚到平壤时，朝鲜人民夹道欢呼，以各种物资慰劳、供给清军；朝鲜官员也盼望清军多打胜仗，“其王京（汉城）自大院君以下，时密输倭人消息于我，日盼我军进趋汉城”。可是，清军入朝后不但无所作为，而且侵害群众利益，致使朝鲜人民大失所望，不再尽力支援，这就大大影响了保卫平壤的作战。
黄海海战（1894年9月17日）
一、丰岛海战以后双方舰队的行动
丰岛海战以前，日本政府“预料陆战可操胜券，但对海战的胜败如何尚抱疑虑”。日舰丰岛偷袭得逞，使日本海军增强了战胜中国海军的信心，自那以后，联合舰队一直活动于朝鲜海域，一面掩护后续陆军和军械粮秣的海上运输，一面声援在朝日军的陆路作战。8月5日，联合舰队接到日本大本营关于搜索和击破中国舰队的命令，伊东祐亨随即于8月7日率舰队从隔音岛出发，驶往黄海西部海面，甚至闯到威海卫和旅顺军港，进行搜索和挑战。
北洋舰队方面，7月25日的丰岛海战只是稍有损失，对整个舰队的战斗力并无多大影响。战后第二天，李鸿章电今丁汝昌“即带九船开往汉江洋面游巡迎剿”。但同时又说：“惟须相机进退，能保全坚船为妥；仍盼速回。”丁汝昌于7月27日率队由威海卫出发，由于受李鸿章“保全坚船”指示的束缚，不敢前往汉江口，仅至大同江口外即返回威海卫基地，以“未遇倭兵商各轮”敷衍了事。中宣战的当天（8月1日），李鸿章又电告丁汝昌：“总署催汝统铁、快各船往仁川附近……相帆截击”。但又继续强调：“速去速回，保全坚船为要。”于是，丁汝昌于出发前复电李鸿章，以无侦探快船、又少快炮等为由，言明不能去汉江口，只宜“远巡大同冰洋，遇敌痛剿；近顾北洋门户，往来梭查”。李鸿章当即转告总理衙门，称丁所言“似系老成之见”。8月5日，清廷得知叶志超军已经溃败，预料日军必将北攻平壤，于是令北洋舰队专顾大同江口一带海面的安全，以便由海路增援平壤。8月9日，丁汝昌第三次率队出巡。第二天黎明，日舰二十余艘突然出现于威海卫港外，遭到海岸各炮台的猛烈炮击。当晚，日舰又窜至旅顺口外，与城头山炮台交相炮战。清廷闻知威海、旅顺一带洋面有日舰活动，甚为惊骇，急令丁汝昌率北洋舰队“速回北洋海面，跟踪击剿”。8月23日，清廷进一步指示：“成海、大连湾、烟台、旅顺等处，为北洋要隘，大沽门户，海军务舰应在此数处来往梭巡，严行扼守，不得远离，勿令一船阑入”。此后，北洋舰队再未远巡，不出北洋一步。这样，日本海军便完全控制了朝鲜仁川，大同江口等重要港口，占领了从海路进攻中国的有利前进基地。
由于丁汝昌多次率队出巡无功，受到朝野不少人的攻击。8月26日，光绪帝下令将丁汝昌革职，但仍“戴罪自效”。李鸿章不得不上奏为丁汝昌辩护，同时乘机正式提出“保船制敌”的方针，进一步强调“海上交锋，恐非胜算”，建议清廷放弃争夺制海权。他认为，“今日海军力量，以之攻人则不足，以之自守尚有余”，因而主张北洋舰队“不必定与拚击，但令游弋渤海内外，作猛虎在山之势”。从此，北洋舰队更加陷入了消极自保的被动局面。
二、海战经过
9月上旬，清廷鉴于平壤将有大战，拟派兵增援。为了及时到达前方，决定将驻防大连一带的总兵刘盛沐所部铭军八营四千人由海道运至大东沟，然后转由陆路赴朝。这样，海军掩护，责无旁贷。李鸿章乃令丁汝昌率舰队护航。9月15日上午，丁汝昌率领北洋舰队主力抵达大连湾。