日軍在占領東邊道的大部分地方後，占領鳳凰城的日軍立即向摩天嶺推進，計劃打通進軍遼陽、盛京的通道。聶士成奉命堅守摩天嶺，孫顯寅、呂本元部盛軍兩千餘人負責配合。聶士成部本來戰鬥力就不錯，經過整頓後的盛軍也不再聞敵即潰。因此，日軍進攻一個月不但沒有突破摩天嶺，反而在一個風雪之夜，聶士成率三百精騎突入連山關，親手斬殺了守關的日軍指揮官，日軍倉皇逃回鳳凰城，再也未踏足摩天嶺。摩天嶺之戰，是整個甲午戰爭中唯一勝利的阻擊戰。
第一軍司令山縣有朋見突不過摩天嶺，改令部隊進攻遼南重鎮海城。
海城北接遼陽、奉天，南鄰蓋平，西南接牛莊、營口，東連鳳凰城、岫岩，號稱遼南之鎖鑰，海疆之咽喉。日軍於陰曆十一月上旬自安東縣踏雪西進，十天後攻克海城。此後，清廷聚集重兵，自臘月中旬到正月底，一個多月的時間發動了五次收複海城戰役，但均以失敗告終。當時參與戰役的有兩將軍即吉林將軍長順、黑龍江將軍依克唐阿，一提督即四川提督宋慶，一巡撫即湖南巡撫吳大瀓，一藩司即湖北藩司魏光燾，所部一百餘營，六萬餘人。尤其是湖南巡撫吳大瀓、湖北藩司魏光燾所率領的是大家寄予厚望的老湘軍，希望他們能夠改變淮軍疲弱崩潰的局麵。但他們同樣沒帶來驚喜，五六萬人進攻六千餘日軍駐守的海城，卻久攻不克，嚴重打擊了清軍的信心。
海城尚未收複，而攻占了遼東半島的日軍第二軍大部於臘月底乘船到膠東半島榮成灣登陸，目標所指便是駐泊威海的北洋海軍。自從旅順陷敵後，北洋海軍隻能在威海駐泊。軍艦與島上炮台相配合，日軍想攻進港內很難。但威海有軟肋，就是陸上炮台後路守衛力量十分薄弱，而且不歸丁汝昌調度。結果日軍不做正麵進攻，登陸後，先是斷了陸路炮台的後路，繼而占領了陸路炮台，調轉炮口，對泊於劉公島內的北洋海軍進行海陸夾擊。北洋艦隊處境非常艱難，丁汝昌唯一希望的是援軍能夠重新奪回陸上炮台，但援軍卻遙遙無望。在外人看來，北洋艦隊還有一條生路，就是衝出威海。但衝出威海又能去哪裏？進港時鎮遠已經受傷，船艙進水，根本不能航行，隻能當炮台使用。就是尚且完好的定遠艦航速也不及日艦，衝出威海，必定被追上，這是顯而易見的。而且定遠艦排水量七千餘噸，為了駐泊專門在旅順、威海修建的船塢，即使逃出後又到何處駐泊？所以丁汝昌堅持株守劉公島，等待援軍。援軍無望後，艦隊中的洋人牽頭，發動水陸將領及島上百姓向丁汝昌“乞一條生路”，就是逼迫他向日軍投降。他不肯投降，便隻有自殺殉國一條路。正月中旬，北洋海軍提督丁汝昌、定遠艦管帶劉步蟾、鎮遠艦管帶林泰曾及繼任管帶楊用霖自殺身亡，大量戰艦被日軍俘獲，補充到日本海軍。