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。
据《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，日军只得退守玄武门。
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。
战至中午，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**全境。
海战爆发
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**，返航后、在鸭绿江口大东沟（今辽宁省东港市）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，包括其全部精华，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。
黄海海战过程：
1894年9月15日上午，北洋舰队的主力，计军舰10艘，附属舰8艘，在丁汝昌率领下到达大连湾。
凌晨1时，铭军的十个营共四千人分乘五艘运兵船，向鸭绿江口的大东沟进发。
中午，舰队抵达大东沟（今辽宁省东港市），到次日早晨，军队全部登陆。
9月17日上午8时，运兵船卸载完毕。
9时，北洋水师定远号旗舰上挂出龙旗开始返航。
10时23分，日本联合舰队第一游击队率先发现了北洋水师，便挂出“东北方向发现三艘以上敌舰”的信号旗。
10时30分，北洋水师镇远舰桅楼上的哨兵、看到西南方向海面上有几簇黑烟，发现日本舰队，丁汝昌随即命令各舰升火、实弹，准备战斗。
12时05分，日本联合舰队第一游击队在先，本队在后，呈单纵阵，接近北洋水师。
12时20分，北洋水师在行进中、由双纵阵改为横阵，旗舰定远位于**，其余各舰在其左、右依次展开，舰队呈楔形梯队。同时丁汝昌还发出命令：“各小队须协同行动；始终以舰首向敌；诸舰务于可能之范围内，随同旗舰运动之。”
12时50分，双方舰队相距5300米，北洋水师旗舰定远舰首先开炮。
联合舰队第一游击队在距北洋水师5000米处即向左转弯，航向北洋水师右翼，联合舰队航向北洋水师右翼，冒险将舰队暴露于北洋水师阵前，十秒钟后，镇远舰也发出炮弹，紧接着，北洋舰队各舰一齐发炮轰击。三分钟后，日本旗舰松岛舰也开始发炮还击。
12时53分，联合舰队旗舰松岛开始发炮还击，定远主桅中弹，信号索具被炮火所毁（一说因战船老朽发炮时震塌飞桥），在飞桥上督战的丁汝昌身负重伤，刹时间，双方各舰百炮一齐发射，硝烟弥漫，海水沸腾。
开战之初，双方的力量对比如下：
名称火炮/门鱼雷发射管/架总排水量/吨总兵力/人平均航速/节
北洋水师19555632100212610。2
日本联合舰队26856840840391614。5
其中，日本第一游击队平均航速达19。4节。另据英国海军年鉴统计，当时速射炮的发射速度是原后装炮的六倍，由此计算，日本舰队的火力实际上相当于北洋舰队的三倍。
依航行次序，日舰配备情况如下：
第一游击队
舰名舰长排水量/吨速度/节主炮/门
“吉野”河原要一421622。5150mm速射炮x4
“高千穗”野村贞370918260mmx2
“秋津洲”上村彦之丞315019150mm速射炮x4
“浪速”东乡平八郎370918260mm×2
日本队第一群阵
舰名舰长排水量/吨速度/节主炮/门
“松岛”旗舰尾本知道427816320mmx1
“千代田”内田正敏243919120mm速射炮x1
“严岛”横尾道昱427816320mmx1
日本队第二群阵
舰名舰长排水量/吨速度/节主炮/门
“桥立”日高壮之丞427816320mmx1
“比睿”樱井规矩之左右228413。2170mmx2
“扶桑”新井有贡377713280mmx2
日本队左侧
舰名舰长排水量/吨速度/节主炮/门
“西京丸”鹿野勇之进410015120mm
“赤城”坂元八太郎62210。25120mm
北洋舰队的12艘军舰配备情况如下
舰名舰长（管带）排水量/吨速度/节主炮/门
“定远”旗舰刘步蟾733514。5305mmx4
“镇远”林泰曾733514。5305mmx4
“经远”林永升290015。5210mmx2
“来远”邱宝仁290015。5210mmx2
“致远”邓世昌230018210mmx3
“靖远”叶祖珪230018210mmx3
“济远”方伯谦230015210mmx2
“平远”李和210014。5260mmx1
“超勇”黄建勋135015250mmx2
“扬威”林履中135015250mmx2
“广甲”吴敬荣129615150mmx2
“广丙”程璧光100017120mmx3
备注：另外六艘舰艇为炮舰镇南、镇中和鱼雷艇福龙号、左一、右二、右三。
战斗开始不久，北洋舰队旗舰“定远”舰由于下水12年，7年未修，主炮炮塔起火，丁汝昌烧伤，信旗被毁（一说为被日军舰炮击中），丁汝昌拒绝随从把自己抬入内舱，坚持坐在甲板上督战。
日第一游击队4舰利用航速优势，绕攻北洋舰队右翼“超勇”、“扬威”，二舰相继被击中起火，退出战斗。
日舰“吉野”也被北洋舰队击中起火，但很快被扑灭。
13时30分左右，“超勇”沉没，管带黄建勋落水，“左一”鱼雷艇驶近相救，抛长绳援之，黄建勋不就，从容死难，舰上官兵也大部壮烈牺牲。
当日本第一游击队绕攻北洋舰队右翼时，本队也与北洋舰队主力交相攻击。日本军舰“比睿”、“赤城”、“扶桑”、“西京丸”遭到北洋舰队截击。
“定远”、“来远”、“经远”重创日舰“比睿”、“赤城”，“赤城”舰长坂元八太郎阵亡。“西京丸”也受重创。
14时15分左右，日本舰队绕至北洋舰队背后，与第一游击队形成夹击之势。
北洋舰队腹背受敌，队形更加混乱，在混战中，北洋舰队一直冲杀在前的“致远”舰受到“吉野”、“高千穗”等的集中轰击，多处受伤，船身倾斜。
伊东祐亨令第一游击队救援“赤城”、“比睿”，“吉野号”冲在最前面，正遇上全身着火的“致远”舰。
邓世昌见吉野恃其船捷炮利，横行无忌，愤而说道：“倭舰专恃吉野，苟沉是船，则我军可以集事。”决意与之冲撞，同归于尽。
邓世昌毅然下令，全速撞向日本主力舰“吉野”号右舷，日本官兵见状大惊失色，集中炮火向致远射击，致远舰右侧鱼雷发射管被击中，引起大爆炸。
3时30分，“致远”舰右舷倾斜，在东经123度34分，北纬39度32分的黄海海面上沉没，全舰官兵除七名遇救外，其余自邓世昌以下全部壮烈殉国。（此说法最接近事实，致远舰冲向吉野号，有可能就是为了使用鱼雷攻击吉野，也有另外的说法，是致远舰是被日舰火炮击沉，战前北洋水师已经把鱼雷抛入海中。）
“经远”继续迎战“吉野”，遭吉野、浪速、秋津洲、高千穗四舰围攻，中丛弹起火，全舰奋勇抗御，经远全舰将士“发炮以攻敌，激水以救火，依然井井有条”。
经远舰以一敌四，拒战良久，激战中，管带林永升不幸“突中炮弹，脑裂阵亡”，帮带大副陈荣和二副陈京莹也先后中炮牺牲。
最后在浪速、吉野、秋津洲、高千穗的围攻下经远舰中弹累累，不久，“左舷舰首向水中沉下”，在东经123度40分7秒，北纬39度51分海面上，舰首向东，左舷倾覆而沉没，全舰官兵二百余人，除十六人遇救外，其余全部阵亡。
“致远”沉没后，“济远”管带方伯谦、“广甲”管带吴敬荣，临阵脱逃（方伯谦等是否临阵脱逃，有不同看法）。“靖远”、“来远”因中弹过多，退出战斗，避至大鹿岛附近紧急修补损坏的机器。
定远、镇远两舰浴血奋战，中弹甚多，几次起火。
下午3时30分，镇远舰的30。5公分大炮连续击中日本旗舰“松岛”号两次，松岛后甲板四号炮塔中弹后，火焰引发炸药，发生了大爆炸，松岛船轴倾斜5度，冒起白烟，火灾大作。
不久，靖远、来远抢修完毕，重新投入战斗。
日本军舰赤城、比睿、西京丸负伤，旗舰“松岛”情况也不容乐观，“吉野”、“扶桑”也受了伤，又见北洋舰队重新集队，伊东祐亨便于17时40分左右下令撤出战场。
北洋舰队稍事追击，也收队返回旅顺。
历时5个多小时的黄海海战到此结束。
海战的结果：北洋舰队损失“致远”、“经远”、“超勇”、“扬威”、“广甲”（“广甲”逃离战场后触礁，几天后被自毁）5艘军舰，死伤官兵千余人；
日本舰队“松岛”、“吉野”、“比睿”、“赤城”、“西京丸”5舰受重创，死伤官兵600余人。
此役北洋水师虽损失较大，但并未完全战败，然而李鸿章为保存实力，命令北洋舰队躲入威海港内，不准巡海迎敌，让日本完全夺取了黄海的制海权。
黄海海战自1894年9月17日12点50分海战打响，至下午5点半结束历时5个多小时，其规模之大，时间之长，为近代世界海战史上、远东战区所罕见。
