第三阶段，清军在山东半岛和辽东两个战场全面溃败。

日军攻占旅顺后,大本营鉴于渤海湾冬季封冻,登陆困难，决定暂时搁置直隶平原决战方案，代之以进攻威海卫，消灭北洋舰队，为尔后直隶平原登陆决战进一步提供安全保证的新计划。为此，以陆军第2集团军为基础组建"山东作战军"，大山岩上将任司令长官，共2.5万余人。又令联合舰队协同山东作战军作战，并以陆军第1集团军在辽东战场进行佯攻，继续吸引清军主力。

清廷对日军主攻方向再次判断失误,以为日军第1、第2集团军将并力攻取奉天,以主力打通锦州走廊，进逼山海关，然后与从渤海湾登陆之部队会攻北京。因此以重兵驻守奉天、辽阳及天津至山海关一线，关内外总兵力达10万以上，而于日军的主攻方向山东半岛则仅部署官兵3万余人，其中驻守荣成(今旧荣成)的仅1400余人。至于北洋舰队，则根据李鸿章"水陆相依"的防御方针，龟缩于威海卫港内。

1895年1月20日,日"山东作战军"在荣成龙须岛登陆，占荣成。随即分南北两路向威海南帮炮台进行抄袭。30日，南帮炮台陷落。2月1日，日军占领威海卫城。此后，日军水陆配合，攻击刘公岛和港内北洋舰队。北洋舰队提督丁汝昌等先后自杀殉国。17日，威海卫海军基地陷落,北洋舰队覆灭(见威海卫之战)。

辽东之战持续时间较长。自日军突破清军鸭绿江防线之后，连占凤凰城(今辽宁凤城)、岫岩、海城等地。清政府调任两江总督刘坤一为钦差大臣，赋以指挥关内外军事的全权，并任命湖南巡抚吴大澂和宋庆为帮办，以期挽回颓势。1895年1月17日起，清军先后数次大规

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