1894年9月15日清日在朝鮮平壤發生了首次大規模陸上戰爭。當時駐守平壤的清軍共三十五營，一萬七千人；進攻平壤的日軍有一萬六千多人，雙方兵力旗鼓相當。
戰鬥在三個戰場同時展開：其一為大同江南岸戰場。晨三時，日軍第九混成旅團在大島義昌少將的指揮下，首先向大同江南岸清軍發起進攻。太原鎮總兵馬玉崐督隊英勇抗擊，日軍官兵死傷慘重，無力再戰，大島義昌負傷，只得下令退卻，午後二時全部撤離戰場。
其二為玄武門外戰場。玄武門為日軍的主攻方向，因此集中了優勢兵力，由立見尚文少將的第十旅團（又稱朔寧支隊）和佐藤正大佐的第十八聯隊（又稱元山支隊）擔任主攻。高州鎮總兵左寶貴登玄武門指揮，親燃大炮轟敵，官兵感奮，英勇殺敵。激戰中，左寶貴不幸中炮犧牲，其部下三位營官也先後陣亡，午後二時玄武門遂被日軍攻陷。日軍企圖向城內推進，遭到清軍阻擊，只得退守玄武門。
其三為城西南戰場。晨七時，野津道貫中將親率日本第五師團本隊，從平壤西南用炮火掩護步兵衝鋒，清軍馬隊進行反擊。至中午，野津道貫見難以得手，下令暫停攻擊，退回駐地。此時對清軍來說，戰事尚有可為，但清軍總統（總指揮）葉志超貪生怕死，於午後四時樹白旗停止抵抗，並下令全軍撤退。六天裡，清軍狂奔五百裡，於21日渡鴨綠江回國。
清政府此時並不清楚朝鮮戰場上的實際戰況，只是從葉志超的軍報中得到一些不真實的資訊，在陸上戰爭失敗的第二天，李鴻章命北洋海軍提督丁汝昌帶領北洋艦隊主力護送大約4000人的陸軍前往鴨綠江口的大東溝附近海岸登陸，護送的路途倒是未出現任何意外。
在出發之前李鴻章就考慮到會有可能再度碰上日本的聯合艦隊，猶其是在日海軍實力大增的情況下，故就吸取了上次豐島海戰的教訓，索性一次把整個北洋艦隊的主力都給派了出來，就連當初水師會操時留下來的廣東水師木殼巡洋艦“廣甲號”也不例外，從這點上來說對日本人的行動他也並不是沒有任何察覺，就像這次護送陸軍的行動，在出發之前就有收到日本人可能已經獲悉了這次計劃，護送的北洋艦隊也許會有一定的危險。
但是作為北洋大臣的李鴻章此時內心裡也是極為矛盾的，一方面他並不想真的同日本正面對戰，另一方面他也沒有把握北洋艦隊真的能戰勝日本海軍，這些年艦隊狀況如何他心裡也並不是沒數，想再增加北洋艦隊的實力無疑是不可能的，唯一想到的辦法就是調廣東、福建兩水師主力加入北洋，可是這已經被證明是行不通的事情，光緒就曾下令南洋海軍，調四艘軍艦到北方，加強北洋海軍的實力。結果，劉坤一也好、張之洞也好，都不同意，說我們這幫人不行，到那去，也就充當炮灰而已，因此拒不奉行光緒的旨意。
其實這時的南洋海軍是清國僅次於北洋艦隊的水師艦隊，共擁有巡洋艦6艘，戰力雖不是特別強大，卻也不是可有可無的那種。如調往北洋的確會給北洋艦隊的整休實力帶來一定的增強，可惜南洋大臣因在與政見和李鴻章不合以及自保的前提下，拒絕了光緒的調艦旨意。無奈之下，李鴻章就只好下令北洋艦隊主力單獨面對日本，卻又嚴令海軍提督丁汝昌如中途遇到日本海軍，應盡量避免同日交戰，只要以威嚇的模式阻退對方即可，可笑的是這道命令根本不適用在戰爭中的北洋艦隊身上。一味的消極避戰最終還是造成了惡果讓整個國家來承受。
而事實上，李鴻章這前得到的情報雖然並不完整但卻實是一份真實的情報，就在北洋海軍離開威海衛軍港前往大連灣會合四艘運兵船的第二天，日本海軍聯合艦隊就收到了日本侵朝陸軍發來電報，告知平壤之戰中從大同江清軍一艘船中搜到一封信。此信是平壤守將寫給清軍銘軍統領劉盛休的，日軍由此獲悉，大孤山、大小鹿島(鴨綠江口西南大東溝附近)可能會有大量中**隊登陸。幾乎與此同時，日本駐朝鮮公使大鳥圭介也發報指出，中**隊要取道海路運兵，從大鹿島一帶登陸。
北洋海軍根本不知道已經洩露了出航的情報，還在按照原定計劃在進行著陸軍的運輸和護航，於是就發生了這樣的狀況，中**艦還沒出航，日本海軍已經決定派遣艦隊前往大東溝出戰。
在中朝界河鴨綠江入海口處，一個大型沖積島嶼將入海口分為東西兩側。西側入海口雖然比東側狹窄得多，河道卻比較暢通，甚至還在中國一側形成了一個小型避風港——大東港，即今天丹東港，這個出海口就被稱為大東溝。
16日上午北洋艦隊就到達了預定地點實施陸軍上岸，卻由於選定的地點為朝鮮的大東港，而大東港畢竟是淺水港，運兵船只能在外海依靠小船將人員物資解除安裝後轉運登岸。北洋大臣李鴻章雖然對此早有叮囑，但邊境中國官員竟相互掣肘，導致派遣的民船嚴重不足，物資、人員登岸極為緩慢。
丁汝昌見此情影就將北洋海軍主力艦隊停泊在大東溝西南12海里左右的小鹿島附近以保護登陸艦的退路。而在大東溝口，由“平遠”和“廣丙”兩艦直接護衛著登陸船隊登陸。
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新得到的智利戰艦已基本形成戰鬥力的日本，也決定透過聯合艦隊尋求與清軍北洋艦隊決戰，以完全取得整個中日作戰海域的制海權，也可同時切斷清軍前往朝鮮的海上運輸線。這時由18艘日軍艦艇組成聯合艦隊從朝鮮大同江口駛出，前往清軍登陸地點所在的大東溝海域，目標，正是中國海軍的運輸船隊和護航艦艇。
而此時大東溝外海，丁汝昌雖然率領著北洋艦隊幾乎全部主力，但他擔憂的正是日軍主力一旦前來攻擊登陸艦艇，北洋海軍將不得不與日軍決戰，這也就違背了上司李鴻章的初衷。更糟糕的是，無論登陸的清軍陸軍還是丁汝昌都不知道，就在9月16日登陸這天，他們試圖前往增援的平壤其實已經失守。在朝鮮北部的大雨中，由葉志超帶領的中國陸軍已經一潰千里，這次增援將變得好無意義。
由於運輸的緩慢直到第二天也就是17日的上午11點鐘左右才把所有的陸軍送上岸，丁汝昌就命令北洋艦隊稍仕休整後就返航回國。這時遠方正在行進中的日本聯合艦隊，做為第一游擊隊旗艦的吉野號（由智利新銳巡洋艦改名）上的瞭望手透過望遠鏡已經都夠發現北洋艦隊上方的煙柱，就上報給了艦長，又由艦長上報給後方的艦隊旗艦松島號，由於北洋艦隊使用的都是唐山開平煤礦產的劣質煤，造成使用時的冒出的煙霧既濃又黑，與英法俄等**艦使用的大不一樣，日軍聯合艦隊司令官伊東估亨立時就認出這出現就是清軍北洋艦隊，就下令各艦士兵提前吃午餐，吃過飯後就馬上備戰。
11時40分日軍艦上水兵已經能透過肉眼看到北洋艦隊的艦體了，而到此時北洋艦隊的士兵才發現了日本艦隊，但由於此時日艦懸掛的是美國旗幟，得到報告說發現遠方有一支美國艦隊在向我方駛來的海軍提督丁汝昌只是下令讓大家戒備，艦隊正常駛離大東溝海域即可。
12時05分，出現在北洋艦隊面前的艦隊突然降下了一直掛著的美國旗改為了日本的膏藥旗，整個艦隊呈縱形排列知道受騙了的丁汝昌急忙下令各艦組成雁形陣(橫陣）迎敵，隨旗艦運動，“定遠”和鎮遠居中，其餘艦隻分列左右，出身陸軍並沒有多少海戰知識和指揮經驗的丁汝昌卻忘記了北洋艦隊10艘戰艦中航速差距甚大，造成整個北洋艦隊的隊形不是一條都由船首對敵的橫線，而是“定遠”、“鎮遠”靠前，左右8般艦隻在後且也是有前有後並未在一條直線上。
12時40分，雙方在大鹿島（大洋河口外）西南3海里處開始交火，北洋艦隊旗艦“定遠”上的305毫米主炮率先開火，此時與日本聯合艦隊相距約6000米，由於日本聯合艦隊上大都裝備的為速射炮，射速較快，射程卻較短。艦隊司令伊東佑亨命令要到3000米左右的距離才可開炮，所以在前面的這3000米的距離中都是北洋艦隊單方面的射擊。
12時55分聯合艦隊旗艦“松島號”上的320毫米主炮被一發150毫米艦炮擊中，造成三人死亡兩人受傷，特意為對付清北洋艦隊而建造的320毫米炮也由於被命中而只能朝前射擊不能較向。
只管前衝的日本艦隊很快就衝近了3000米左右的距離上，隨著伊東佑亨的一聲令下，各艦的各種口徑的主炮速射炮都成群成群的飛向北洋艦隊。
下午13時10分做為前鋒的日本第一遊擊艦隊猛攻揚威”、“超勇”，二艦相繼被擊中起火，退出戰鬥。日艦“吉野”也被北洋艦隊擊中起火，但很快被撲滅。
13時30分左右，“超勇”沉沒。這是此次海戰雙方第一艘戰沉的艦隻。在日本第一遊擊艦隊進攻北洋艦隊右翼之時，日本海軍本隊也在與北洋艦隊主力戰鬥。
13時48分日艦“武藏”、“赤城”被北洋艦隊截擊。“定遠”、“來遠”、“經遠”重創“武藏”、“赤城”。“赤城”艦長坂元八郎太當場斃命。“西京丸”也受重傷。但是，日本艦隊利用其航速快、便於機動的優點，第一游擊隊和本隊互相配合，至14時15分左右，本隊已繞至北洋艦隊背後，與第一游擊隊形成夾擊之勢。北洋艦隊腹背受敵，隊形更加混亂。在混戰中，“致遠”艦多處受傷，船身傾斜。伊東祐亨令第一游擊隊救援“赤城”、“武藏”。“吉野”衝在最前面，正遇上“致遠”。
管帶鄧世昌見“吉野”十分猖狂，毅然下令開足馬力，準備用衝角撞擊“吉野”，以求與敵同歸於盡，不幸被魚雷擊中，16時20分“致遠”艦沉沒，鄧世昌等250名官兵壯烈犧牲。“經遠”繼續迎戰“吉野”，也中彈起火，管帶林永升、大副陳策陣亡，16時40分“經遠”艦也被擊沉，250餘名官兵殉難。“致遠”沉沒後，“濟遠”管帶方伯謙、“廣甲”管帶吳敬榮，貪生怕死，臨陣脫逃。“靖遠”、“來遠”因中彈過多，退出戰鬥，避至大鹿島附近緊急修補損壞的機器。在“致遠”、“經遠”等艦同第一游擊隊激戰的同時，“定遠”、“鎮遠”兩艦正頑強抵抗著日艦本隊的圍攻，雖中彈甚多，幾次起火，全體官兵仍然堅持奮戰，重創敵旗艦“松島”，打死打傷炮臺指揮官海軍大尉志摩清直以下100多人。不久，“靖遠”、“來遠”搶修完畢，重新投入戰鬥。“靖遠”幫帶大副劉冠雄見“定遠”號旗桅杆斷裂，不能升旗指揮，建議管帶葉祖珪代懸信旗集隊，指揮各艦繞擊日艦。