旅順失守之前，鑒于旅順港入口航道狹窄，艦隊如果停留在港內(nèi)，很容易陷入被敵方封堵港口的困境。北洋海軍在11月13日最后一次巡視了旅順基地后，就退往位于山東半島的停泊基地——威海。

在清代，山東屬于極為特殊的省份，不設(shè)總督，而由巡撫轄治。山東巡撫在職權(quán)上和直隸總督李鴻章屬于平級，李鴻章除了憑借北洋大臣管理北洋海防事務(wù)的權(quán)力，可以指揮山東省威海、蓬萊等地的海防軍隊外，對其他山東軍隊的調(diào)動都要商請山東巡撫的支持。甲午戰(zhàn)爭爆發(fā)后不久，清流言官為了分解李鴻章的權(quán)力，派出與李鴻章有宿怨的安徽巡撫李秉衡出任山東巡撫。李秉衡到任后，陽奉陰違，處處與淮系軍隊掣肘。當(dāng)時駐防威海的陸軍包括淮系戴宗騫、劉超佩部綏、鞏軍5000余人，以及總兵張文宣部護軍2000余人，主要負責(zé)威海南北岸炮臺、劉公島炮臺的守衛(wèi)，至于威海東部沿海的榮成一帶，威海陸軍根本無力分兵防御。在李鴻章的反復(fù)電商和清政府的催促下，山東巡撫李秉衡僅派出1500余名挑河民夫冒充

5營軍隊，前往駐扎應(yīng)付。

12月初，日本大本營決定繼續(xù)實現(xiàn)殲滅北洋海軍的目標(biāo)，將第二軍重編為由第二、三師團組成的山東作戰(zhàn)軍，總兵力3萬余人，仍然由大山巖擔(dān)任軍司令官。1895年1月20日，山東作戰(zhàn)軍首批部隊在山東榮成灣成功登陸，當(dāng)晚就擊潰了挑河民夫組成的5營河防軍，占領(lǐng)了榮成縣城，隨即聯(lián)合艦隊以主力封鎖威海灣出口，防范北洋艦隊出港，以圖全殲。得知戰(zhàn)事爆發(fā)，威海綏鞏軍抽調(diào)兵力和應(yīng)急趕來的山東省軍隊千余人在榮成通往威海方向的橋頭集，試圖構(gòu)筑陣地阻擊日軍，結(jié)果僅僅發(fā)生幾場接觸戰(zhàn)后就告解體。

1895年1月30日凌晨，日軍首先向威海南岸炮臺群發(fā)起攻擊，采用集合優(yōu)勢兵力、對炮臺逐一拔除的打法，戰(zhàn)斗到下午南岸炮臺群全部失守。激戰(zhàn)中，丁汝昌率北洋艦隊軍艦冒險駛近岸邊，發(fā)炮支援陸軍，甚至創(chuàng)造了擊斃日軍旅團長大寺安純少將的重大戰(zhàn)果，但最終無法挽回陸軍敗退的頹勢。南幫炮臺群陸續(xù)失守后，為免日軍使用炮臺火炮轟擊北洋海軍，丁汝昌派出敢死隊登陸南岸，炸毀了南幫炮臺群中威力最大的趙北嘴炮臺火炮。同時還派出數(shù)百人組成的北洋海軍水兵部隊登陸，意圖奪回丟失的其他炮臺，盡管這支部隊曾一度殺入日軍前線司令部，最后還是被優(yōu)勢敵軍包圍，在龍廟嘴炮臺附近全軍覆沒。北洋海軍水兵的鮮血染紅大海，成為南幫炮臺保衛(wèi)戰(zhàn)的終曲。