8月10日，為了保護己方向朝鮮運兵船隊的安全，始終摸不透北洋海軍行蹤的日本聯(lián)合艦隊，采用弱艦佯攻、優(yōu)勢主力艦在后埋伏的方式進攻威海，意圖引誘北洋海軍決戰(zhàn)。此舉雖然最終因北洋海軍不在威海而告失敗，但日本海軍出現(xiàn)到了作為京畿門戶的渤海，立刻在清政府中央引起震動。

8月23日光緒帝直接干涉前敵的軍事布署，嚴令：“……威海、大連灣、煙臺、旅順等處，為北洋要隘、大沽門戶，海軍各艦應在此數(shù)處往來梭巡，嚴行扼守，不得遠離，勿令一船闌入，倘有疏虞，定將丁汝昌從重治罪！”[13]本來根據李鴻章的謀略，多少還帶有出海巡殲弱勢敵艦希望的北洋海軍，就此被死死鎖在了渤海灣內。

中日開戰(zhàn)后，日本陸軍很快編成了由第三、五師團組成的作戰(zhàn)兵團第一軍，陸軍大將山縣有朋伯爵任軍司令官，預備海運投入朝鮮，從速掃除在朝的中國軍隊。開戰(zhàn)初期，日本聯(lián)合艦隊也和中國北洋海軍一樣，很多時候都在忙于護送陸軍運輸船隊。

隨著抵達朝鮮的軍隊日益增多，從9月1日開始，日本第一軍以野津道貫中將指揮的第五師團作為主力，朝北方中國軍隊主力所在的平壤城前進。偵獲這一緊急軍情，平壤守將葉志超擔心日軍會包抄平壤后路，威脅平壤中國軍隊的補給線，立即電報李鴻章請求增派援軍加強平壤后路防御。

9月15日，原駐守大連灣炮臺的淮系銘軍抽調出4000精銳兵力，由總兵劉盛休率領登上招商局輪船，在北洋艦隊主力護衛(wèi)下開往大東溝，準備登陸進扎平壤后路。

未曾料想，就在北洋海軍護送劉盛休銘軍船隊航行在茫茫大海上時，平壤大戰(zhàn)已經決出勝負。依照預定計劃，日軍第五師團和第三師團一部分四路進發(fā)的16000余兵力在9月14日午夜如期抵達平壤城下，15日拂曉4時30分開始總攻。大同江對岸，馬玉昆毅軍和衛(wèi)汝貴盛軍各一部共2200余人抵御前來進攻的日軍第九旅團3600余人，英勇奮戰(zhàn)，不僅守住了陣地，而且發(fā)起反沖鋒，連奪日軍兩道戰(zhàn)壕。平壤西南，日軍第五師團主力5400余人與守衛(wèi)該處的衛(wèi)汝貴部盛軍激戰(zhàn)，盛軍首先發(fā)起前仆后繼的沖鋒，遭遇重大傷亡后退回堅守陣地，戰(zhàn)至午后，該方向日軍毫無進展。平壤城北部玄武門外的牡丹臺是俯瞰全城的制高點，日軍在此投入第五師團朔寧支隊和第三師團一部共7800余重兵，而防守該處險要位置的中國軍隊僅有左寶貴奉軍和江自康牙山軍殘部共2900余人，惡戰(zhàn)至上午8時30分，牡丹臺高地失守，午后玄武門被攻破，奉軍統(tǒng)領左寶貴在惡戰(zhàn)中以身殉國。有鑒于平壤防御已被突破一個缺口，而且守軍補給即將告罄，總統(tǒng)葉志超于是下令各軍于當晚放棄平壤后撤。