海戦の結果、無装甲艦の多い連合艦隊は、全艦が被弾したものの、旗艦「松島」など4隻の大・中破にとどまった（「赤城」の艦長坂元八郎太海軍少佐をはじめ戦死90人、負傷197人。被弾134発。ただし船体を貫通しただけの命中弾が多かった）。装甲艦を主力とする北洋艦隊は、連合艦隊の6倍以上被弾したと見られ、「超勇」「致遠」「経遠」など5隻が沈没し、6隻が大・中破、「揚威」「広甲」が擱座した。

なお海戦後、北洋艦隊の残存艦艇が威海衛に閉じこもったため、日本が制海権をほぼ掌握した（後日、制海権を完全に掌握するため、威海衛攻略が目指されることとなる）。
第二軍による旅順攻略詳細は「旅順口の戦い」および「旅順虐殺事件」を参照

9月21日、海戦勝利の報に接した大本営は、「冬季作戦大方針」の1)旅順半島攻略戦を実施できると判断し、第二軍の編成に着手した[62]。その後、まず第一師団と混成第十二旅団（第六師団の半分）を上陸させ（海上輸送量の上限）、次に旅順要塞の規模などを偵察してから第二師団の出動を判断することにした。10月8日、「第一軍と互いに気脈を通し、連合艦隊と相協力し、旅順半島を占領すること」を第二軍に命じた。21日、第二軍は、海軍と調整した結果、上陸地点を金州城の東・約100kmの花園口に決定した。

第一軍が鴨緑江を渡河して清の領土に入った24日、第二軍は、第一師団の第一波を花園口に上陸させた。その後、良港を求め、西に30km離れた港で糧食・弾薬を揚陸した。11月6日、第一師団が ⇒金州城の攻略に成功。14日、第二軍は、金州城の西南50km旅順を目指して前進し、18日、偵察部隊等が遭遇戦を行った。21日、総攻撃をかけると[注釈 29]、清軍の士気などが低いこともあり（約12,000人のうち約9,000人が新募兵）、翌22日までに堅固な旅順要塞を占領した。両軍の損害は、日本軍が戦死40人、戦傷241人、行方不明7人に対し、清軍が戦死4,500人（うち金州とそこから旅順までで約2,000人）、捕虜600人。

旅順を簡単に攻略できたものの、大きな問題が生じた。『タイムズ』（1894年11月28日付）や『ニューヨーク・ワールド』（12月12日付）で、「旅順陥落の翌日から四日間、幼児を含む非戦闘員などを日本軍が虐殺した」と報じられたのである。虐殺の有無と犠牲者数について諸説があるものの、実際に従軍して直接見聞した有賀長雄は、民間人の巻き添えがあったことを示唆した。現在この事件は、旅順虐殺事件（英名：the Port Arthur Massacre）として知られている。なお同事件は、日本の外交上、深刻な事態を招きかねなかった。条約改正交渉中のアメリカでは、一連の報道によって一時、上院で条約改正を時期尚早との声が大きくなり、日本の重要な外交懸案が危殆に瀕した。このため、『ニューヨーク・ワールド』紙上で陸奥外相が弁明するような事態に陥った。しかし翌年2月、上院で日米新条約が批准された。
第一軍の鴨緑江渡河詳細は「鴨緑江作戦」を参照

10月中旬、清は、国土防衛のため、朝鮮との境界鴨緑江に沿って将兵30,400人と大砲90門を配置していた[63]。もっとも、平壌から敗走した約10,000人（うち傷病2,000人）が含まれる部隊は、士気が低い上に新募兵が多い等、自然の要害九連城の防衛などに困難が予想された。さらに、総指揮を執る宋慶にも問題があり、やがて諸将間で不協和音が生じることになる。

10月15日、糧食不足に苦しむ第一軍は[注釈 30]、司令部が安州（平壌と義州の中間地点）にようやく到着し、大本営から「前面の敵をけん制し、間接に第二軍の作戦を援助」との電報を受け取った。第二軍の第一波が遼東半島に上陸した24日、陽動部隊[注釈 31]が安平河口から、21時30分に架橋援護部隊が義州の北方4km地点から、鴨緑江の渡河を始めた。翌25日6時、予定より2時間遅れで、本隊通過用の第一・第二軍橋が繋がった（ただし第二軍橋が脆弱で、臼砲6門と糧食の通行が後回しにされた）。6時20分、野砲4門が虎山砲台（九連城から4.5km）に砲撃を開始し、歩兵の渡河が続いた。清軍に強く抵抗されたものの、虎山周辺の抵抗拠点を占領した（日本軍の戦死34人、負傷者115人）。翌26日早朝、第一軍は、九連城を総攻撃するため、露営地を出発した。しかし、清軍が撤退しており、無血入城となった。

その後、第三師団は、鴨緑江の下流にそって進み、27日に河口の大東溝を占領し（30日、兵站司令部を開設）、11月5日補給線確保のために黄海沿岸の大狐山を占領した（11日、兵站支部を開設）。第五師団は、糧食の確保後に内陸部に進み、要衝鳳凰城攻略戦を開始した。10月29日、騎兵ニ箇小隊が鳳凰城に接近すると、城内から火が上がっていた。14時50分に騎兵は城内に突入し、清軍撤退を確認した。このため、主力部隊による攻撃が中止された。
東学農民軍の再蜂起と鎮圧

朝鮮では、東学が戦争協力拒否を呼びかけたこともあり、軍用電線の切断、兵站部への襲撃と日本兵の捕縛、殺害など反日抵抗が続いた。10月9日、親日政権打倒を目指す「斥倭斥化」（日本も開化も斥ける）をスローガンに、全?準率いる東学農民軍が再蜂起した[64]。大院君は、鎮圧のために派兵しないよう大鳥公使に要請したものの、将来ロシアの軍事介入を警戒した日本は、11月初旬に警備用の後備歩兵独立第十九大隊を派兵した。鎮圧部隊は、日本軍2,700人と朝鮮政府軍2,800人、各地の両班士族や土豪などが参加する民堡（みんぽ）で編成された。11月下旬からの公州攻防戦で勝利し、東学農民軍を南方へ退け、さらに朝鮮半島の最西南端海南・珍島まで追いつめて殲滅（せんめつ）した。なお、5か月間の東学農民軍の戦闘回数46回、のべ134,750人が参加したと推測されている[65]。
講和期
冬季作戦大方針の変更と海城攻防戦

10月8日イギリスが、翌日イタリアが講和の仲裁を、また11月22日清が講和交渉を申し入れてきた[66]。講和を意識する伊藤首相と陸奥外相は、山海関や台湾や威海衛の攻略など大きな戦果が必要と考えていた。また大本営は、1)渤海湾北岸の上陸予定地点が不結氷点、2)威海衛にこもる北洋艦隊一掃の2条件が揃えば、8月31日に定めた「冬季作戦大方針」を変更し、冬季の直隷決戦を考えていた。結局のところ、清の占領地で第一軍と第二軍が冬営するとともに（やがて酷寒に苦しむ）、前者が海城攻略作戦を、後者が威海衛攻略作戦（山東作戦）を実施することが決まった。

12月1日、第一軍司令部は、第三師団長桂太郎陸軍中将に海城攻略を命じた。第三師団は、凍結した坂を駄馬が超えられない等、冬の行軍で苦しんだものの、13日に海城を占領した。しかし、そこからが問題であった。海城は、北西15kmに牛荘（遼河河口の港町）が、東北70kmに遼陽が、南西60kmに蓋平がある陸上交通の要衝で、清にとっても重要な拠点であった。このため、翌年2月27日まで ⇒4回の攻防戦と、小ぜりあいが続くことになる。

12月30日着の大本営訓令により、海城の第三師団（第一軍）支援として、第二軍のうち山東作戦に参加しない第一師団から混成第一旅団（歩兵第一旅団が基幹）が編成・抽出され、蓋平方面に進出させることになった（翌年1月10日に蓋平占領）。その後、直隷決戦または講和を踏まえた第一軍による台湾攻略という大本営の考えと異なり、第一軍が第二軍を誘う形で新作戦（遼河平原での掃討作戦）が動き始める。
陸海軍共同の山東作戦（北洋艦隊の降伏）1895年（明治28年）に戦勝祝賀を行う慶應義塾大学の炬火行列大運動会（カンテラ行列）「威海衝陥落北洋艦隊提督丁汝昌降伏ノ図」 右田年英画 1895年（明治28年）。外国軍顧問団を連れて降伏する丁を描いた絵。ただし、丁は降伏せずに自殺しており、この絵は想像で描かれたもの。「平壌大捷清将生捕之図」　右田年英画 1894年10月。「提督丁汝昌於官宅自殺図」 水野年方画 1895年（明治28年）詳細は「威海衛の戦い」を参照