由于李鸿章中途插手，中德之间的谈判更加复杂和艰难。光绪帝把李鸿章撇在一边，让翁来负责交涉。李氏当然不甘心。1897年12月8日，他背着奕訢、翁同和等人，竟托请俄使转告俄政府“代索胶澳。”翁记载“樵野书来，云今日俄巴使到署，李相竟托代索胶澳，彼即应允发电。廖（寿恒）欲尼之而许（应骙）助李说，直情径行，且曰此事非一二人所能口舌争也。事在垂成，横生枝节，可叹！夜草奏稿拟后日上，盖不可不辨。”（注：《翁文恭公日记》，十一月三日。）第二天一早，翁入军机朝房，将此事告之奕訢。光绪帝知道后，立即指派奕劻传知李鸿章，令其速寻俄使，让他停止电告本国政府派兵来华。
    张荫桓知道俄出兵的严重性，12月9日同翁联名“发许电二百十四字，详告源委，令转电杨使（即代办杨儒）告外部，中国不欲俄为华事与德失欢，此时勿调船”，同时张又建议应采取果断措施，排除李鸿章的干扰。“樵又拟旨谓已派某二人与海商办此，后如非该大臣之电，国家不承认。”可翁同和“恐太讦，直明日酌之”，最后决定“此件未用”。（注：《翁文恭公日记》，十一月十五日。）张看到翁同和的软弱和“对于外国事情的缺乏知识”（注：《戊戌变法》（三），557页。），就改变全力协助翁把对德交涉办好初衷，一改常态，变得很消沉。隔了3天，即12月12日，翁发现：“张君樵野与余同办一事，而忽合忽离，每至彼馆则偃卧谈笑”，对此“余所不喻也。”（注：《翁文恭公日记》，十一月十六日、十一月十九日、十一月二十七日。）张不与翁合作，改而附和李鸿章等人的意见，使翁感到谈判更难。
    由于俄德早有“默契”和“谅解”：德承认中国东北和朝鲜为俄势力范围，以作为俄不干涉德占胶州湾的交换条件；俄则表示将派其舰队至旅顺过冬，德国表示赞同。对俄德的幕后交易，翁、李、张等人懵然不知。所以当李鸿章的请求一经提出，俄巴使立即应允。1897年12月14日，俄舰侵入旅顺口。
    俄德的举动引起英日极大反响。为了抵制俄势南下，英国也派军舰进驻烟台、大连。英日的舰队在从吴淞口到朝鲜仁川一带，举行海上大示威。胶州湾事件至此发展成为各国对华的新掠夺和瓜分，事情愈加复杂。12月18日，因有俄国的支持，德皇威廉二世派其弟亨利亲王率领舰队增援，表示“如中国阻挠我事，以老拳挥之。”（注：中国第二历史档案馆、中国社会科学院近代史所合编：《中国海关密档：赫德、金登干函电汇编》第六卷，209页，中华书局，1995。）德使海靖在谈判中愈加骄横和傲慢。而英、法得知中国将在南方把某一岛给德，以换取胶州湾的消息后，立即训令各驻华大使表示坚决反对。德加紧外交活动，对日表示“在调节我们将来的计划时，关于或早或迟分配中国遗产问题，我们绝无意从原则上妨碍日本进取中国大陆的计划。”（注：骆惠敏编，刘桂梁等译：《清末民初政情内幕--〈泰晤士报〉驻北京记者、袁世凯政治顾问乔·厄·莫理循书信集》（上册），12～13页，1985。）对英表示支持英国获得中国第三次大借款，以抗德法俄集团对中国财政的操纵。并保证不在中国南方沿海占领港口。（注：（清）朱寿朋编：《光绪朝东华录》，4056～4057页，中华书局，1958。）这样，英默许德占领胶州湾。在这种背景下，1898年1月4日光绪帝召见总理衙门大臣开会，会议决定胶州湾租给德国。
    在随后如何租让胶州湾的细节谈判中，翁同和虽极力与海靖抗争，甚至以拒绝谈判交涉以示抗议，即使光绪帝多次劝谕也不去谈判，但改变不了局势发展。双方拖延了近2个月。1898年2月，600德兵开进胶州湾，以武力相威胁，同时俄国也施加压力，清政府决定结案。3月7日，经奕訢奏请，光绪帝命翁与李鸿章为画押大臣，在总理衙门同海靖签订了《中德胶澳租界条约》。条约分胶澳租界、铁路矿务及山东全省办事之法三大部分，共九款，主要有：将胶州湾租给德国，租期九十九年；允许德国在山东修造两条铁路，所有铁路沿线三十里内的矿藏准许德商开采；在山东省内，日后清政府不论开办什么工程，如需用外国的人、资本和物资，都应优先向德国商人商办。自此以后，山东成为德国势力范围。翁本人感到“负罪千古”。
    德国强占胶州湾是19世纪90年代国际关系中的严重事件，它开创了列强强占中国领土主权的恶例。《北华捷报》发表社论说：“由于被从前为人所看不起的日本人轻易战胜而加给中国的耻辱，中国现在的地位是更加屈辱了。一个外国只用三只船和六百人就毫无困难地侵入一个有三亿人口的国家，并且在距京城不到三百五十里的地方，不遭抵抗而盘踞下来”。（注：《北华捷报》，1897年12月3日。）继德占胶州湾之后，列强掀起了瓜分中国的狂潮：沙俄趁机出兵占据了中国的旅顺大连湾，并强迫清政府签订了《中俄旅大租借条约》，使东北成为其势力范围；英国为抵制俄、法，先后强占了威海卫和九龙湾，并划长江流域为其势力范围；法国强占广州湾，并划两广地区为其势范围；新崛起的日本将福建划为其势力范围。清政府无力抗拒，只得应允，分别同它们签订了有关租借条约。由此可见胶州湾事件对中国影响之大。对这一系列事件，翁同和在开缺之前都作为政府代表之一，参与处理。他奉命与李鸿章等人一起，参加对俄交涉。
    当德国侵入胶州湾时，俄国以“保卫”中国为借口，把军舰开进了旅顺。俄使对李鸿章表示：只是“暂泊”，“断不占我尺寸土地”。李鸿章对“俄船究能退否”的疑问，“保必退”。（注：《翁文恭公日记》，光绪二十三年十二月三日。）翁同和在请求德使海靖先撤兵再谈借地，以免“他国助我归还者，又将援索于是”时，“海云俄已得旅顺，何索为？余始悟俄实与德通，令德前驱耳。”（注：《翁文恭公日记》，十二月五日。）随后翁同和、李鸿章见俄巴使，“李相诘以旅大退兵当在何日，巴反诘胶州如何办法。言外胶如德踞，我常泊彼也。可恨之。”（注：《翁文恭公日记》，十二月六日。）