二、海域、盖平等地的陷落
日第二军攻陷旅顺之后，其第一军司令野津道贯即建议大本营准其进军海城，以消除旅大方面日军的后顾之忧。日第一军既不能越摩天岭西犯，改由岫岩经海城而进逼辽阳，断摩天岭清军后路，必要时与第二军会师北上而威胁沈阳，自然有其重要的战略意义。因此，海域实为中日两军必争之地。
12月上旬，日第三师团于岫岩集结，准备进军海城。当时，由摩天岭奉命回援旅顺的宋庆所部毅军和铭军屯于盖平；由岫岩败退的丰升阿，聂桂林所部十余营驻析木城。12月10日，日军第三师团全队西犯：先以步兵第十八联队长佐藤大佐率兵一部指向盖平，牵制宋庆军，第三师团长桂太郎中将自统师团主力扑向析木城。11日，清军屡战皆败，丰升阿、聂桂林夜奔海城，析木城遂于12日为日军侵占。13日，日军乘势进攻海城。防守该地的清军有奉军等步、骑、炮队十七营，分扼城东的荞麦山及城西的晾甲山以为左右翼，而以养麦山为防御之锁钥，置炮兵于该山南部及山麓，又以部分兵力占领沙河左岸箭楼子附近。日军进攻时，清军稍事抵抗，即退奔辽阳，海城为敌所占。于是，辽阳、盖平、营口（今营口市），牛庄等处告急。清廷更觉奉天省城势危，急令依克唐阿、长顺各率所部西援，以护辽阳，令宋庆率所部自盖平北上，以护营口，牛庄，防敌西窜。
宋庆在盖平闻日军由岫岩长驱北进，已于12月10日亲率毅，铭军等二十余营移驻于大石桥（今营口县），拟救援海城。但12日析木城陷落，13日海城又入敌手，宋庆便改变计划，拟与北面诸军取得联络之后，再共图收复海城，于是将全军二十余营屯于距海城二十里的缸瓦寨，未能趁敌立足未稳之际发起攻击，丧失了战机。12月19日，海城日军大股来袭，宋庆军人败，由缸瓦寨退往营口。田庄台一带。
日军攻占海城后，以孤军（约六千人）入重地，颇觉力单，于是，野津道贯率第一军司令部和军预备队由安东移驻岫岩（1895年1月5日到达），同时，请求第二军分兵一部协攻盖平，以便两军声势相通。1895年1月初，日第一军派遣第一师团之混成第一旅团约八千人由普兰店（今新金）北上。当时，驻盖平之清军只剩下章高元所部山东嵩武军八营、徐邦道所部拱卫军十一营、张光前所部亲庆军五营。1月5日，徐邦道部奉宋庆之命移驻牛庄（以便联络辽阳清军），盖平兵力更单。徐部出发不久，宋庆以日军混成第一旅团逼近盖平，令其回援。6日，徐部返抵蓝旗厂（益平北面二十余里），宋庆又改变命令，令其开赴田庄台。徐部又回师北上，刚过营口，宋庆仍令其回援盖平，于是又折而南行。这样，徐邦道所部往返奔波于田庄台、营口、盖平之间，四昼夜未得休息。9日夜，徐部前锋进至盖平境时，日军已扑攻盖平。扼守东门外凤凰山的张光前部闻敌即溃，日军一部乘势攻入东门，然后出南门，绕至扼守南门外的章高元部之后。章部不支，刚赶到战场的徐邦道部也因疲惫过度，不堪任战，于是各部齐退营口。10日上午，盖平陷落。从此，日第一、二军声势联络，辽东清军进一步陷入被动。
三、清军反攻海城失败
自平壤之战以后，清廷以淮军不可恃，便起用湘军旧将魏光焘、李光久等，令其募兵北援。1895年1月，光绪帝又召湘军首领两江总督刘坤一入京，授为钦差大臣，令湖南巡抚吴大澂、淮军总统宋庆共同帮办刘坤一军务。
1月14日，清廷以日军既据海城，又陷盖平、关外军情更紧，乃令新授钦差大臣刘坤一迅赴山海关驻扎调皮，节制关内外各军。并令自动请缨的吴大澂统率新疆布政使魏光焘所部新湘军、总兵刘树元所率抚标军，吴元恺所率恺字军等，“即日拔队出关，分起进发，会合宋庆等军，相机进剿”，于是，宋庆于田庄台坐待援军。
这时，奉命扼守辽阳的黑龙江将军依克唐阿和吉林将军长顺深感责任重大，一致认为，与其坐待日军来攻，不如乘其占领未固之际，先发制胜，于是商定，以集结于腾鳌堡，鞍山站一带的五十余营约二万人的兵力，“分左右两路，步步前往，相机规海”。1月17日，依、长两军已前进至海城北面，距敌人前沿阵地仅二里许。西路（依军）包抄至二台子，东路（长顺军）包抄至头河堡，东西绵亘近三十里。日军扼守城北欢喜山和双龙山（山上均筑有炮台），并有步、骑、炮兵列阵以待。当清军发起攻击时，日军步骑数千人在炮火掩护下蜂拥齐出。清军大半使用土枪，射程小，射速慢，加之“旗汉兵团心志不齐”，相持不久，西路依军先退，东路长顺军继之，第一次反攻海城遂告失败。
1月22日，依、长两军又分左右两路会攻海城。依军自长虎台向欢喜、双龙二山之间的三里桥突击，为欢喜山日军炮火所阻，又折而北，经沙河沿绕出欢喜山之西，拟攻海城之西北角。长顺军则从头河堡向海城东北的双龙山发动进攻；终因日军炮火猛烈而不得进。下午，日军发起反击，依军大量伤亡，经大富屯向西北方向退走。东路长顺军亦退。第二次反攻海城又归失败。
此后，山东半岛军事形势日趋恶化，清廷主战派为了从辽东战场捞回一点面子，急欲乘日军战略重点南移之机，一举收复海城。2月7日，军机处奉旨电谕长顺和依克唐阿：“此时各军俱到前敌，亟宜克期合剿。著长顺与依克唐阿同心协力，严饬诸将奋勇进战，务期一举攻拔，再向南路与宋庆会合，节节扫荡，军事当大有转机矣。”依、长二将鉴于前两次攻海失败，深感兵力尚单，商请宋庆出兵会攻。2月11日，吴大澂到达田庄台，其所部除道员李光久军（老湘军五营）已先期出关屯于牛庄外，总兵刘树元所率亲兵六营亦已到达牛庄。又总兵梁永福所率凤字军五营，也于前一日由田庄台开入牛庄。于是，依克唐阿、长顺与宋庆等商定，于2月16日以九十余营三万余人的兵力，再次反攻海城。进攻部署是；依军自北面进攻大教场为中路，长顺军进攻玉皇山为东路，李光久和徐邦道各率所部从柳公屯进攻唐王山为西路。当天，东西二路进逼颇紧。日军先则坚伏不动，继则步、骑、炮兵一齐出击。东路长顺军伤亡甚众，中路依军亦阻于欢喜山炮火，相继败退。西路李、徐两部见势不妙，也纷纷西走。这样，第三次反攻海城又未成功。
2月21日，清军上述各部再次会攻海城失败。在第四次反攻海城的同时，宋庆依约率所部毅军、铭军（统领刘盛休己撤职，改由姜桂题接任）及河南嵩武军（总兵刘世俊统领）等五十余营近二万人进攻盖平北面的太平山日军，一则配合攻海，一则为日后收复盖平作准备。宋庆军一度占领太平山，并与敌相持三日。24日，日军三面来攻，清军大败，退回营口以东地区，防止日军西犯。
清军四次反攻海城，虽不是决定性的战役，但其持续时间之长、动员兵力之多，涉及地区之广、战斗规模之大，在整个中日甲午战争过程中是仅有的。清军总的战略方针是消极防御，然就反攻海域来说，则属于具体战役战斗上的进攻战。这种情况之所以出现，固然是由于海域战略地位重要，它的得失，关系到清廷“力保沈阳以顾东省之根本”方针能否实现，恨主要还是由于日本侵略者当时的战略重点是海陆进攻山东半岛，全歼北洋海军，而在辽东战场上基本上取守势的缘故。
四、牛庄、营口、田庄台等地的失守
清军第四次反攻海城失败之后，还想进行第五次反攻。当时，“环海城而军者：两将军（依克唐阿、长顺），一巡抚（吴大澂）、一提督（宋庆）、一藩司（魏光焘），共百余营，六万余人（按：宋庆毅军时已增至三十营）”。吴大澂所部湘军分布海城西北，控制通往牛庄的大道，依军分布海城正北，扼牛庄通辽阳的大道，长顺军分布海城东北，扼通向辽阳的大道。
日军方面，为了扭转局面，决定趁冰冻未解之际，由盖平、海城、凤凰城分路进攻，一由盖平北趋营口，一由凤凰城经黄花甸，三家子赴鞍山站）；一出海城北攻依。长两军，经甘泉堡指向鞍山站之南。鞍山站系牛庄至辽阳之孔道。日军欲夺此要隘，示形逼攻辽阳，实将袭取牛庄。因为牛庄一旦有警，海城西面的湘军势将由于退路受到威胁而停止攻海。
2月28日凌晨，未等清军发起第五次反攻，海城日军第三师团便分路出击。激战约三小时，中路依军败退。恰在这时，辽阳南九十里之吉洞峪为出凤凰城的日军第五师团袭占，辽阳大震。辽阳知州徐庆璋请援于依克唐阿，依便托词援辽，率部北走，长顺军也随之而去。日军跟踪追击，一举夺占鞍山站。不久，第五师团也间道来会。除留兵一部控制鞍山站外，日第三、第五师团合军西指牛庄。
3月2日和4日，魏光焘、李光久先后率部回援牛庄。两部新老湘军共十一营，均困守市内。4日，日军三路围攻牛庄，李光久等弃军而逃。军士们深陷危地，在无人指挥的情况下，殊死搏斗，与敌相持竟日，最后伤亡近二千人，被俘六百余人。日军也死伤近四百人，其中有令田唯一等将陆军官十五人。这是中日甲午战争中唯一的一次大规模专战，参战清军英勇拚杀，表现了中国人民敢于同侵略者血战到底的牺牲精神。
牛庄失守后，吴大澂率部由田庄台退往双台子，宋庆则连夜率全军主力退扎田庄台，只留少数兵力守营口。3月7日，由牛庄出发的日军轻取营口，并与盖乎北上的日军会师。
田庄台四面平坦，加之当时辽河仍然封冻，更是无险可守。3月9日，日军第一、第三、第五师团分路来攻，宋庆军大败，伤亡枕藉。被圈子田庄台内的清军则被日军纵火焚烧，死者二千余人。
田庄台陷落后，宋庆、吴大澂等率残部退往石山站（锦州东）。从此，自田庄台沿辽河而东，自鞍山站而西，皆为日军所占。清廷以淮军既溃于先，湘军复败于后，北洋海军亦已覆没，日军海陆交乘，畿疆危逼，于是束手无策，屈辱求和之心更为迫切。日本方面，则认为“作战的第一期已经结束，因此令‘征清大总督府’进驻战址，即将开始第二期作战”。