建议后，由于相互间的利害冲突，并没有都认同英国的建议。十月初三，奕又以恭亲王的名义恳请美国调停。
十月初四，清廷成立了督办军务处。以奕为督办，奕匡为帮办，李鸿藻、翁同龢、长麟、荣禄为会办。从此，奕在军事和外交上取得了最高指挥权力。
但尚未入军机，慈禧太后对他的信任仍有所保留。
这时，侵略战争的战火已被日本引向中国，清朝陆海军接连惨败，主和声浪甚嚣尘上，慈禧太后的求和心态更加明朗。因此，奕虽然名义上是督办军务处督办，也提出过战而后能和的主张，实际上，他几乎把全部精力用来寻求外交解决的途径，为了求和，甚至可以赔款割地。十月初六，奕邀请英、俄、德、美、法各国公使到总理衙门晤谈，并向各国公使提出照会，以皇帝和皇太后名义，请求各国公使提议本国政府出面调停。当天，奕分别向清驻外使节杨儒、龚照瑗、许景澄发电，要求他们同英、俄、德、法、美、意各国外交部商洽调停事宜。第二天，为了继续要求各国公使出面调停，又以允许朝鲜独立、赔偿日本战费为条件。
十月二十七日，日军攻占旅顺口的消息传来，慈禧太后更加气急败坏。她认为国事到这种地步，是由于光绪听从主战派的意见所致。十一月初八，竟侵越皇帝权力，作出一系列打击主战势力、加强主和势力的重大决策。
此时，奕受命主持军机，极力支持危局。在军事上，采纳军机处的建议，檄调刘坤一北上主持战事，以湘军代替淮军出关作战，并催促刘坤一火速北上。
又调陈湜、魏光焘两支湘军出关支援宋庆，并给陈、魏两军拨支兵饷，竭力筹措战事；同时，遴选赴日谈判使节人选，并以“君命”委派张荫桓和邵友濂为全权代表，东渡日本乞和。
奕复出后，某外国通讯社曾报道说，他有“将现任枢臣们粉碎了的杯子修补完整”的责任。然而，奕也无力回天，他无法挽回清政府的败局，无法把“粉碎”了的“杯子修补完整”。
中日之战
政府在对日宣战的同时，派大同镇总兵卫汝贵率十三营盛军、高州镇总兵左宝贵率九营奉军、提督马玉昆率四营毅军、副都统丰升阿率六营奉天练军盛字营和吉林练军，共三十二营，总计13500人，入朝参战。卫汝贵率盛军六千人入平壤，提督马玉昆率毅军二千人进义州，左宝贵率所部准备开赴平壤。为往牙山增兵，李鸿章雇用英国小商轮“飞鲸”号、“爱仁号”，载一营清军前往，由北洋舰队的“济远”“扬威”“广乙”三舰护航。二十一日，又租英国商轮“高升”号，载着二营清军，运往朝鲜，军械物资则由北洋舰队的运输舰“操江”号运送。清军运兵计划被日本间谍窃取，日军遂准备在朝鲜海面截击中国军舰和运兵船。二十二日，“飞鲸”号、“爱仁”号抵达牙山。次日凌晨，“济远”“广乙”二舰从牙山返航，行至牙山口外的丰岛海面遭到日本军舰的猛攻，日军“吉野”号首先开炮，“秋津洲”“浪速”号也猛烈开火。北洋舰队被迫进行还击。开战不久，双方战舰都被击伤，“广乙”号中弹后起火，失去战斗力，管带林国祥令南驶搁浅，后自行炸毁。“济远”号管带方伯谦仓皇躲入仓内，并下令挂上白旗逃离战场。“吉野”号穷追不舍。爱国水手李仕茂、王国成两人自动操尾炮轰击，四发三中，把“吉野”号击退。“操江”号和“高升”号被“浪速”号、“秋津洲”号包围。“操江”号被俘。“高升”号上的爱国官兵视死如归，冒着敌人的炮火，英勇还击，直到船体全部沉没，1200名官兵除300名遇救外其余皆壮烈殉国。
二十六日，日军向牙山东北二十公里的成欢进犯，聂士成率领三千名清军奋勇抵抗。二十七日凌晨，于光忻等在佳龙里伏击日军，击毙日军中队长尉松崎臣等多人。后因日军增援，于光忻等牺牲。日军猛攻聂军较薄弱的左翼，聂士成多次派兵增援，均未能成功。聂士成率众抵抗日军进攻，击毙了日军大队长桥本昌世少佐和多名士兵，终因弹药不足，遂奋力杀出重围，成欢失陷。
四路大军入朝后，清军占据了优势，本应抓住战机，主动南下进攻汉城的日军。虽然光绪帝下旨“星夜前进，直抵汉城”“相机进取，力挫凶锋”，可李鸿章置谕旨于不顾，令各军“先定守局，再图进取”。结果，四路大军入朝后，既不南下攻敌，又不据守险要之地，而是聚集在平壤，给敌军以陆续增援和集结兵力的时机。六月底，叶志超率部从牙山败退，七月下旬逃抵平壤。他谎报军情，向清政府邀功。清廷不辨真伪，对他赏银两万两以示嘉奖，并任命其统帅平壤各军。逃将升官，败军受赏，消息传出，全军哗然。叶志超对战守不作认真布置，每日与诸将狂喝滥饮，坐等日军来攻。日军利用这一有利时机大力增兵朝鲜，至八月上旬，先后运送陆军3万余人在仁川、釜山、元山等地登陆。
七月初一，中日双方正式宣战。宣战后，清政府继续坚持避战静守的策略方针，在平壤消极防御，坐待日军从容进兵。八月十三日至十五日，日本陆军约万人，按预定计划分四路包围了平壤。十六日，日军分三路对平壤发动总攻，战斗在大同江南岸、玄武门和城北牡丹台及城西南同时进行。经过两天激战，平壤被日军攻陷。左宝贵等爱国官兵为国捐躯，叶志超等弃城北逃。
十八日晨，完成护航任务返航的北洋舰队在驶至大东沟附近海面时遇到日军联合舰队。为了偷袭北洋舰队，日军联合舰队司令伊东佑亨竟下令悬挂起美国国旗，以此为掩护，急速驶向北洋舰队。中午时分，丁汝昌判断出这支急驶而来的是日本舰队，命令各舰升火，准备战斗。黄海海战爆发了。
日舰共有12艘船，其中包括由“千代田”“松岛”“桥立”“严岛”“扶桑”“西京丸”“比睿”“赤城”八舰组成的本队和由“吉野”“浪速”“高千穗”“秋津洲”四舰组成的第一游击队，旗舰为“松岛”号。北洋舰队包括“定远”“镇远”“济远”“经远”“致远”“靖远”“来远”“广甲”“扬威”“超勇”等10艘战舰，“广乙”“平远”“福龙”也曾一度参战，旗舰为“定远”号。丁汝昌先以“犄角鱼贯阵”迎敌，后见敌舰是“一字竖阵”，又下令改为“犄角雁行阵”，以“定远”“镇远”两舰居中，其余各舰横着排列。
但尚未完成队形变换，激战已经开始，所以刚交战时，北洋舰队是以人字阵与日舰对垒。距敌近六公里时，“定远”舰管带刘步蟾即下令开炮遥击，各舰相继发出第一排炮弹，但由于距离太远均未能击中目标。日舰在相距三公里时，发炮轰击，第一游击队四艘战舰向距主力舰较远的右翼“超勇”“扬威”两舰集中进攻。“扬威”“超勇”中炮起火，“超勇”沉没，“扬威”搁浅，失去战斗力。
“定远”舰施放大炮，船身颠簸，站在飞桥上督战的丁汝昌因而被抛到舱面负伤，改由刘步蟾指挥。刘步蟾镇定自若，水兵们顽强抗敌，“定远”等舰猛击敌舰“比睿”“赤城”两舰，使它们都退出战斗。
下午，日舰采取首尾夹攻战术，对北洋舰队构成很大威胁。“致远”舰管带邓世昌率舰迎击日本舰队，鏖战中弹药即将用完，而船体受伤严重，“吉野”号又迎面开来，邓世昌便下令加大马力撞向“吉野”号，准备与敌人同归于尽。“吉野”号一边慌忙躲避，一边施放鱼雷。“致远”舰不幸被鱼雷击中，全舰沉没，邓世昌等200余名官兵，除20余名得救外，其余皆壮烈牺牲。见“致远”舰沉没后，“济远”“广甲”两舰遂夺路逃走。“济远”舰慌不择路，竟撞沉了搁浅的“扬威”舰。“广甲”舰偏离航线，搁浅在大连湾的三山岛外，次日被日舰击沉。“经远”舰受到日本第一游击队的围攻，全舰将士在管带林永升的指挥下，孤军奋战，发炮攻敌，在炮战中，林永升等200余名官兵仅16人获救，其余皆壮烈殉国。“定远”“镇远”“来远”“靖远”四舰在极端不利的情况下沉着应战，先后击中敌舰“松岛”“西京丸”“吉野”等，杀死杀伤众多敌人。海战进行了五个多小时后结束，双方互有损失，日舰稍占优势。李鸿章旋下令北洋舰队回威海卫拒守。日军占领朝鲜全境并掌握了渤海、黄海制海权，分陆海两路向中国进逼。
九月二十六日，日本侵华第一军在山县有朋的率领下，从朝鲜的义州向清军的鸭绿江防线发动攻击；第二军在大山岩的指挥下出大同江，在花园口登陆，直犯金州，南攻辽东半岛。二十七日，与马金叙、聂士成交战后，日军攻陷虎山。
二十八日清晨，日军进攻九连城，守将吕本元、刘盛休早已逃之夭夭，日本侵略者因而不费一枪一弹即占领这一重镇，后又攻陷安东（今丹东）。同日，花园口也被日军占领，随后日军又侵占貔子窝。十月初七，日本侵略者开始进攻金州，旅顺总兵徐邦道自告奋勇赴金州抗敌。初八，双方在距金州五公里的石门子展开大战。徐邦道因孤立无援，退守旅顺。初九，日军侵占金州，然后兵分三路向大连进犯。大连虽有炮台，配备了最新式的大炮，弹药储存丰富，但守将赵怀益贪生怕死，临阵脱逃，这样，日军于初十不战而得大连，当地的120门大炮及大量炮弹、军用物资全部落入敌手。
二十一日，日军开始进攻旅顺。旅顺尽管拥有30座炮台，近150门大炮，环海布有水雷，驻有30余营军队，但是作为实际统帅的龚照玙贪鄙庸劣，金州失守前曾一度逃到天津。临时统领姜桂题也是一个无所作为的庸才。因此当日军进攻旅顺时，只有徐邦道率部奋勇抗敌，并于次日在土城子一带沉重打击了日军。
二十三日，徐邦道统率的爱国官兵伤亡也不小，而且疲饥交加。在这时刻，黄仕林等人却率部逃走，其部下公然抢劫银号公库，使旅顺陷于一片混乱中。二十四日，日军会攻旅顺，徐邦道寡不敌众，被迫突围。次日，旅顺失陷。日本侵略者进入旅顺后，进行了灭绝人性的大屠杀。他们见人就疯狂地乱砍乱杀，中国平民有的被割去双耳，有的被砍掉脑袋，有的被挖去双眼，有的被钉在墙上，有的妇女被奸污后开膛剖腹。这场大屠杀共进行了四天，尸横遍野，血流成河，仅有36名当地人幸免于难。日本侵略者在他们的脸部刺上免杀的记号，让他们来抬同胞的死尸。日本侵略者的残暴本性暴露无遗。
为了乞求和平，十一月二十四日，清政府正式通知日本，决定派张荫桓、邵友濂为全权大臣赴日媾和。但是，日本侵略者并不肯就此收兵，他们又把侵略的矛头伸向了北洋舰队的重要基地威海卫。十二月，日本从国内调派一支军队抵达大连湾，与入辽东半岛的部分日军汇合成新的军团，以大山岩为司令官，共计2万人，由联合舰队25艘军舰、16艘鱼雷艇掩护，准备进攻山东半岛。日军首先进攻成山以抄威海卫的后路。十二月二十五日，日本侵略者攻陷成山和荣成县城后，由陆路向西挺进。山东巡抚李秉衡派兵与敌在枫岭、桥头等地交战，屡战屡败，威海卫后防诸要塞全部落入敌手。光绪二十一年（1895年）一月初五，日军向威海卫南帮诸炮台发起进攻，同时，联合舰队也从海上发起攻击。
当时，北洋舰队尚有两艘铁甲舰、5艘巡洋舰、6艘炮艇、12艘鱼雷艇，战斗力还比较强。但李鸿章等人严禁海军出击，命其死守威海卫，使其陷于被动挨打的不利局面。从一月初五起，日本联合舰队在伊东佑亨的指挥下，对威海卫发动了多次进攻，南北帮炮台先后被日军占领。北洋舰队因而受到日本陆、海军的夹击。十一日，“定远”舰中鱼雷搁浅。次日，“威远”号也中鱼雷沉没，“来远”舰中雷。
十三日，日本联合舰队发动总攻，旗舰“松岛”号受到重创。北洋舰队12艘鱼雷艇擅自逃逸，有的被俘虏，有的被击沉。十四日，日舰又一次发动攻击，“靖远”舰受重伤。总教习美国人浩威、英国人马格禄鼓动北洋舰队的外国人及威海卫营务处提调牛炳昶等，逼迫丁汝昌投降，被丁汝昌拒绝。十五日，日舰再次进攻，“靖远”舰中炮搁浅，其余舰艇的弹药已将用尽，浩威、马格禄等人再次劝降，还挑动士兵逼迫丁汝昌投降。丁汝昌见大势已去，派人炸沉“靖远”舰。“定远”舰管带刘步蟾也派人将“定远”舰炸沉，然后自杀殉国，实践了他自己在开战初立下的“苟丧舰，将自裁”的誓言。十七日，丁汝昌也在绝望中自杀身亡。十八日，“广丙”舰管带程璧光乘“镇北”炮艇把降书递给了日本联合舰队，日本侵略者获得了“镇远”“平远”“济远”“广丙”四舰和六艘炮艇及刘公岛上的全部军用物资。
二十三日，日本舰队开进威海卫港，并在刘公岛登岸。北洋舰队全军覆没。
在日军进攻山东半岛的同时，中日双方在辽东也分东、西两路展开了激战。
东路大高岭一线，依克唐阿、聂士成率部与日军不断周旋。陈湜的湘军与聂士成军换防后，同东边道道员张锡銮一起，会同当地民众，分别于二月初二和初五收复了宽甸和长甸。在西线，清军先后五次反攻海城，但均告失败。日军侵入辽东半岛后，从海城、岫岩、盖平分三路出击，清军一路溃败。日本侵略者在占领鞍山等地后，于二月初八大举进犯牛庄。当日军杀进牛庄市区时，守将魏光焘、李光久等正在吸食鸦片，看到日军后迅速逃走了。广大爱国官兵自发地抵御日军，有的据屋后墙角死守，先后有2000人牺牲。次日，牛庄失陷。牛庄失守后，吴大澂从田庄台逃到石山站。守卫营口的宋庆当晚也统率三万大军逃到田庄台。十一日，日军不战而得营口。十三日，日军猛攻田庄台，宋庆经过激战，敌不过对手，弃城逃走，未及撤离的近2000名官兵惨遭杀害。日本侵略者攻陷田庄台后，纵火焚城，田庄台一市遂成为一堆废墟。至此日本侵略者占领了整个辽东半岛。
马关条约
光绪二十年（1894年）九月，英国提出的“联合仲裁”失败后，清政府转而请求美国出面调停中日争端。美国为了从和谈中得到好处，表示愿意出面斡旋。十月初九，美国驻日公使遵照本国训令告诫日本政府，战争要适可而止，否则“如果中国被打垮，英、法、俄、德等国将以维持秩序为名，瓜分中国”，这样不利于日本。在美国劝告下，十一月初一，日本政府通过美国驻华公使转告清廷，同意与中国议和。十一月二十四日，清廷正式派户部左侍郎张荫桓、巡抚邵友濂为议和全权大臣。光绪二十一年（1895年）一月初七，张荫桓、邵友濂同日本全权代表伊藤博文、陆奥宗光在广岛开始进行谈判。日本虽同意清政府遣使议和，但并不是真心诚意地想实现和平。这是因为，一则日本尚未实现攻占威海卫、消灭北洋舰队的图谋；二则认为张、邵二人“全权不足”，不能满足其通过谈判进行勒索的要求。一月初八，双方代表进行第二次会晤，伊藤等按照事先的密谋，无理刁难中国代表。他们以张、邵二人的全权证书手续不完备为借口，反诬中国没有和谈诚意，拒绝开议，并肆意践踏国际外交准则，把清政府拍给中国代表的电报扣留，拒不交出。清政府为了不使和谈破裂，委曲求全，表示可以修改全权证书，日方同样予以拒绝。日本公开点名要李鸿章为清政府全权代表，清政府被迫答应。为尽快媾和，二月十八日，李鸿章以美国人科士达为顾问，带领他的儿子李经方及随员伍廷芳、马建忠等，乘坐德国轮船，赶赴日本马关。