海战之后清廷估计到倭军将乘胜入侵辽东半岛，谕令李鸿章速谋战守。
李鸿章根据各国探报，倭人将大股侵犯北平，又密谋偷袭奉天的情势，提出了“严防北平附近地区，力保奉天以顾东省之根本；然后集结重兵，再反击倭寇，继而规复朝鲜之地”的战略方针。
清廷集中兵力加强对辽东地区的防御，任命四川提督宋庆为帮办北洋军务兼前敌各军总统。迅速募军30营，将集结于九连城附近鸭绿江右岸的 81余营5哨共计3.04万清军，分左右两翼防线，形成东起苏甸及长甸河口，西迄大东沟、大孤山，绵亘数十里的鸭绿江防线。清政府在以重兵屯驻鸭绿江防线的同时，又陆续从各地抽调兵力，以充实山海关至奉天、营口一带第二线的防务。
但是各路清军人心不齐不服调度，而且平壤之战清军大败不久，士气不振，很多将领都没有和倭寇抗战到死的决心。清朝虽任命宋庆为诸军总统，节制各军但实则并不能很好的调度军队。
鸭绿江江防之战开始于10月24日，是清军面对倭军攻击的首次保卫战。部署在鸭绿江北岸的清军共约两万八千人。倭军进攻部队共计三万人。倭寇方不但士气高昂，野心勃勃，甚至扬言要直捣北平，让清朝皇帝“面缚乞降”。
倭军先于九连城上游的安平河口游水过江成功。当夜，倭军趁着黑暗的掩护在虎山附近的鸭绿江中流架起浮桥，而清军这边没有提前设防，遂未觉察。10月25日晨6时，倭军越过浮桥，向虎山清军阵地发起进攻。清军守将马金叙、聂士成尽管率部坚持抵抗，但因势单力孤，伤亡重大，被迫撤出阵地。倭军占领了虎山。
其他清军各部听闻虎山失陷后，公然不战而逃。倭军就这样不费一枪一弹占领了九连城和安东县（今丹东）。至于清朝方面，虽然在鸭绿江防线派重兵近三万人驻守，但最后还是全线崩溃。
这也说明了现在的清廷军队有着很大的问题，军心涣散，贪生怕死没有守卫国家和百姓的信念感。
10月24日金旅之战展开了，直至11月22日旅顺口陷落，这是一场让倭寇暴露出残暴卑劣品性的一战。倭寇第一军进攻鸭绿江清军防线的同一天，大山岩大将指挥的第二军两万五千人在倭舰掩护下，开始在旅顺后路上的花园口登陆。由于李鸿章一心要保旅顺港，清军便没有在此处设防。可是倭军在花园口登陆活动历时十二天了，清军竟然还是坐视不问，当地的农民只好自发抗击倭寇军，这才暂时拖住了倭军的行动。
旅顺口作为北洋水师重镇，由李鸿章耗时十六年，耗资数千万建成。船坞、炮台、军储的实力为北洋军之首，被称为“远东第一军港”。旅顺不仅背靠群山，而且主要山峰上都设有炮台，东面有松树山、二龙山、鸡冠山、望台北等炮台，西面有椅子山、案子山等炮台，共有加农炮、榴弹炮、野炮、山炮等各种大炮78门。关于旅顺之险要，黄遵宪曾赞道：“海水一泓烟九点，壮哉此地实天险！炮台屹立如虎阚，红衣大将威望俨”。
驻守旅顺的清军，原有记名提督黄仕林、记名总兵张光前各两营，后各增募两营，共八营四千一百人。后增加临元镇总兵姜桂题四营、记名提督程允和四营，共八营四千人。1894年11月初，李鸿章又派记名提督卫汝成的五营三千人，再加上金州、大连湾败退的连顺、徐邦道、赵怀业残部，总兵力为一万四千七百人。可是尽管清军兵力多，但诸军部之间互不联络，而且都没有固守和抗击倭寇的信心。遂八位统领互不隶属，各行其事，虽然临战前各将领公推姜桂题为总督，但他战守无策，一味告援，不能改变诸军相互观望坐视的局面，并不能很好的利用人多的优势来一起抗击倭寇。
11月6日，倭军击溃清军连顺、徐邦道等部，占领金州。7日，倭军兵分三路向大连湾进攻，大连守将赵怀业胆小如鼠，闻风溃逃，倭军又一次不用一枪一炮得大连湾。倭军在大连湾休整十天后，才开始向旅顺进逼。
旅顺地区清军有七统领，道员龚照玙为前敌营务处总办，有“隐帅”之称，共辖33个营，约人。可身为前敌营务处总办的龚照玙，不仅未能做出很好的战前部署，还在倭军进攻土城子时，不予以支援。并在19日，置诸军于不顾，乘鱼雷艇逃往烟台，真是酒囊饭袋，贪生怕死之徒。
14日，倭军曾通过清军俘虏向旅顺驻军送去两封劝降信，遭到严辞拒绝后。倭军兵分三路进攻旅顺；一为右翼纵队，由第一师团、混成第十二旅团及攻城炮队组成，山地中将为主将，是他下达的“除妇女老幼全部消灭掉”的命令。也是旅顺大屠杀的参与者、纵容者。事实上妇女和幼童不但没有逃过厄运，甚至死的更为凄惨。
18日早晨6时左右，右翼纵队从三十里堡出发，下午2时30分到达营城子。上午10时，搜索骑兵队第一大队长秋山好古率领的前锋到达土城子，此时清军3000余人突然出现，将骑兵队团团围住。倭军骑兵陷于重围之中。秋山下令突围，向双台沟方向逃去。此次土城子迎击战，倭军死伤55人，但此后清军却不敢再主动出击，改为消极防御。18日，倭军前锋进军土城子，徐邦道的拱卫军顽强抗击 。
1894年11月21日，倭军向旅顺口发起总攻。旅顺半岛20多个炮台，一天内全部被倭军占领，黄仕林、赵怀业、卫汝成三统领不顾旅顺城的安危先后潜逃，军心大乱而后被倭军逐个击溃。清军战死约2000余人，倭军仅损失280人。
而后向倭寇投降的清兵更是惨遭屠杀，因为倭军认为养活和看护他们，既费钱又麻烦。实际上，他们在这里一个俘虏也不想抓。所以干脆都杀掉了。
旅顺陷于倭军手中，4天之内连续屠杀我国居民，死难者最高估计达2万余人。