八月一日，日本政府以清军擅自寻衅，开炮击伤浪速为名，正式对大清宣战。但是清廷却并未按照历史上那样同时对日本宣战。
济远被击沉，致远和靖远受挫的消息传来，李鸿章深感北洋水师在日本海军面前力有不逮，若果真宣战，恐会有全军覆没的危险。届时，自己近二十余年经营海防的心血就将白费。
所以，自知实力难以抗衡日本的李鸿章依然把最大的希望寄托在英国人调停上。
历史上，由于“高升”号被日军击沉，包括英国人在内的数名欧洲海员溺毙身亡，所以无论英国驻中国公使欧格纳还是远东舰队司令斐利曼特都对日本表现出极强的敌意。李鸿章由此相信，英国一定会对日本施加压力，而不会置中国于不顾。
但是眼下，欧格纳虽然还在积极协调，但是总不见成效，这就使李鸿章十分担心，如果公开对日本宣战，列强想要调停就更不好办了。
日本对大清宣战的主要由头便是“为了使朝鲜获得独立地位”，如果清廷此时对日本宣战则必须明白的表明“朝鲜历为中国属国，绝无独立之可能”，如此一来，日后再想以放弃朝鲜的宗主国地位来换取列强的支持就十分被动了，因为那和承认战败没什么区别，必然使朝廷的威望大大受损。
李鸿章觉得，只要不正式对日本宣战，那么“同意朝鲜独立”的后手就始终保留在中国的手里，一旦战局不利迅速抛出来便是。
当然，既然日本已经宣战，那么就表明战争正式爆发，清军还是要积极作战，以争取以战促和的。
丰岛海战小挫后，北洋水师全部留港避战，于是主要战场从海上转移到陆上。
由于“高升”号获救，清军在牙山的兵力从5000人增加到6000多人，而且炮兵力量明显增强，声势稍壮。
不过面对日军“二三万人”的进攻，提督叶志超还是有些信心不足，不过“高升”号到达后，牙山的三支部队中，来自北塘记名提督江自康麾下的仁字营在总兵力上占据了上风，其次才是直隶提督叶志超部，再次为太原总兵聂士成部。
叶志超虽然是李鸿章嫡系，但是在江自康和聂士成都决心在牙山和日军决战后，叶志超也不再坚持撤退。
从7月27日开始，日军前锋大岛部4000余人对驻扎在成欢的清军发动攻击。驻守成欢的兵力主要由聂士成部和来自“高升”号的北塘防军组成。后者兵力一千余人，由仁字营帮办高善继指挥。
高善继宇次浦，江西彭泽县人。曾署弋阳县训导。中戊子科本省举人，保举五品衔知县。一八九四年春，高善继看到国家处在多事之秋，正男儿挺身卫国之时，便去天津见李鸿章，自请投笔从戎，为国效命。因话不投机，愤然辞去，转投直隶通永镇总兵吴育仁幕下，留为仁字军营务处帮办。及至李鸿章决定增援牙山，吴育仁特遣翼长记名提督江自康带队前往。高善继认为，为国报效之时已到，便慷慨陈辞，请赴前敌。吴育仁为之感动，命他与江自康带队同往。
同样面对日本军舰的威逼，“操江”号管带王永发等甘愿放下武器，束手就擒，把船上的20万两饷银和大批军火资敌，而“高升”号上的官兵却在高善继的带领下宁死不屈，几乎是手无寸铁地同敌人搏战，最终大部分与舰同沉。
由于北塘军的加入，驻守成欢的清军达到3000多人，和日军相差无几，而且高善继麾下还有一支独立的炮兵，拥有各种野炮12门，颇有战力。
面对日军的猛烈进攻，早有以身报国之志的高善继每每身先士卒，战斗在第一线。他以读书人之身入伍从军，本就为士兵们所敬仰，所以清军士气高涨。
聂士成老于军伍，深通兵法也是清军中的敢战之将，两人齐心协力连续三次打退了日军的进攻，大岛所部损失惨重，伤亡600多人。
最重要的是，成欢之战使清军看清了日军的真正实力，哪里有什么“马步二三万”，那纯粹是探报不准确的错觉。
不过，既然清军无法掌握制海权，那么牙山终将不是可恃之地，趁着日军无力进攻，牙山清军按照李鸿章的电令徐徐退往平壤。没有像历史上那般，狼狈撤退，给日军留下大批辎重和粮草。
九月初，清军援军8000余人从陆路入朝，加上牙山退下的部队，清军总数近人，不过此时日军主力也已经集结完毕，总兵力多人，在人数上依然有一定优势。
利用这段时间，清军在平壤建立了坚固的营垒和城防设施，准备老老实实的依照“坐战”之法和日军打一场防御战。
“坐战”乃是清军自剿灭太平天国时期惯用的，且最有成效的一种作战方式，其最大的好处在于利用完备的防御工事不仅可以防敌，也可以防止自己人逃跑。
不过这一招在日本人面前不再灵光了，因为此时火炮的威力远远不是30年前可比，大威力高射速的开花弹足以把任何临时的防御工事打烂，里面的人若是不逃，那就是死路一条。
平壤清军各营互不统属，缺乏统一指挥，在日军大炮开路，步步为营的攻击下，坚持了不到半月便彻底崩溃了。
攻击平壤的战斗中，日军消耗炮弹总计十万余发，其中半数是从德国运来，半数则为日本自己制造。
及至十月份清军全部退出朝鲜，期间为了阻断中国海上通道，日军出兵攻占了澎湖和南澳两座岛屿，其军舰封锁台湾海峡，检查过往商船。从而使得清军的弹药供应变得十分困难。
不过，日本方面的补给也不十分顺畅，由于北洋舰队主力仍完好无损，所以日军的大部分补给都是从陆地运送，如果战斗还是保持在汉城牙山一带，那么庞大的弹药和粮草供应尚可勉力而为，但是当战场已经前移到鸭绿江畔，依靠陆上的后勤运力再也跟不上了。
这种情况下，联合舰队开始频繁出现于大连湾东侧，为运输船队护航。
在平壤失守后，清军以宋庆的毅军为主力在鸭绿江西岸设防。由于兵力不足，士气不振，使形势变得对清军更为不利。
由于陆军的败退，清廷内部开始把目光投向了靡费巨款打造的李鸿章的北洋水师。希望北洋水师能够击败日本海军，彻底扭转清军的颓势。