7月以来，清日两国外交对话持续恶化，驻在夏威夷的日本战舰奉命回归本土，在佐世保军港集结。19日，日本海军为应对开战，进行重大人事和舰队编制调整，桦山资纪出任日本海军军令部长。海军常备舰队和西海舰队合并成“联合舰队”，任命伊东祐亨中将为联合舰队司令长官。19日，大本营向联合舰队下达两项密令，第一令：“为掌握朝鲜半岛制海权，方便舰队机动，海军在朝鲜近海渔隐洞设立临时根据地”；第二令：“今后若发现清国向朝鲜的增兵船，可以实施破碎行动”。
驻在上海、天津的日本公使馆，启动潜伏大陆的间谍网，全力收集清国的战前情报。各种军政信息汇集领事馆，被迅速传递到战时大本营。情报确定清国皇帝发布出兵谕令后，李鸿章开始向朝鲜增兵，雇用英国籍商船爱仁、飞鲸、高升号担任运兵船。停靠在大沽港的爱仁号，21日午后发，载兵1,150名、弹药116箱，绕道芝罘，预定24日午前到达牙山港。飞鲸号，22日傍晚发，载兵四个营、军粮800石、军马47匹、枪支大炮及诸多弹药，预计24日午后到达牙山港口。高升号，23日早晨出发，载兵1,100名、大炮14门及大量武器弹药。联合舰队根据得到的情报，迅速调整作战计划，加强朝鲜近海的巡航搜索，随时准备实施对清国运兵船的“破碎”计划。
7月25日凌晨4时，济远、广乙两舰，协助飞鲸号在牙山湾港口卸下大部分辎重。6时，管带方伯谦命令济远舰起锚返航，接应途中航行的高升号。6时30分，日本舰队第一游击队吉野、浪速、秋津洲三舰，在朝鲜丰岛海面发现清国军舰济远、广乙号，清舰同时也发现日舰，双方立即摆开战斗警戒姿态。7时52分，清日两舰队距离缩小至3,000米时双方发生猛烈炮击战。
日本舰队合计吨位11,000吨，装备15厘米速射炮8门、12厘米速射炮14门、26厘米克鲁伯炮2门、15厘米克鲁伯炮6门，平均巡航速度18节以上。清国舰队合计3,300吨、21厘米克鲁伯炮2门、15厘米炮1门、12厘米炮3门，平均巡航速度17节。猛烈炮击战持续约1小时20分，清舰广乙桅楼和舰桥被敌弹炸毁，被迫退出战斗，向南退逃，秋津洲舰穷追不舍，继续炮击。9时许，广乙舰行至卡劳林湾附近触礁搁浅，清兵点燃火药引爆自沉。秋津洲赶到时，广乙舰体喷出浓厚白烟，徐徐下沉。炮战中济远舰21厘米大炮的弹碎片切断浪速舰信号索，机关炮击中吉野舰船桅。一发15厘米坚铁榴弹命中“吉野”机关室，贯穿至火药库旁室，炮弹竟然没有爆炸。济远舰在日舰速射炮围攻下转舵向西遁逃，吉野、浪速两舰加速追击。
丰岛海战的结果，联合舰队吉野舰中三弹，中度伤；秋津洲无损伤；浪速中一弹，信号索切断，轻伤。北洋水师济远舰重伤，死13人、伤27人，但成功摆脱敌舰追击逃回旅顺港基地。广乙舰受伤搁浅自爆沉没，死10人、伤40人。操江舰不战自降，82名水手被俘，成为清日战争中清军最初的战俘。俘舰操江号，后编入日本联合舰队，参加了对清威海卫作战。英国商船高升号，因载乘的清军拒绝降伏，遭到日舰浪速号攻击。高升号被弹沉没，千余名清军将士和无辜民间水手牺牲。丰岛海战使清国在朝鲜的兵力呈劣势，严重影响了后来的战局。
1894年7月25日，清日两国军舰在丰岛海域遭遇，双方间的海战拉开了清日战争的序幕。交战中清舰广乙号负伤脱离战场搁浅自爆，操江号不战而降，济远号战中脱逃，三艘清国军舰完全放弃了护卫送兵船的职责。混战中一艘悬挂英国国旗的英籍商船高升号，自视为英国籍船，孤傲地通过战斗海域。日舰浪速号观察到船上乘载大量清兵，立即放空炮两发命令商船抛锚停船。上午9时15分，高升号被迫在肖帕尔岛附近投锚接受日舰临检。“浪速”舰派临检官见善五郎大尉和蒿谷少机关士乘坐舢板登上高升号。临检证实，船籍系英国印度支那汽船公司所有，属上海怡和洋行的财产。“高升”号受雇于清国政府，船内载有1,200余名清兵、菲律宾人3名、水夫64名、船长等西洋人8名。商船前往目的地朝鲜牙山，船内载有大炮12门和大量弹药，确定是增援牙山的清国军队。
临检官返回复命，浪速号舰长东乡平八郎认为，高升号违反了日本政府向清国政府发出的最后通牒期限，下令捕获高升号，命该船和乘员降伏随行。高升号船长高惠悌主张，本船出港于7月25日之前，不在日本政府通牒期限之内，因此保留返回大沽港的权利。此时，甲板上气氛鼓噪，清军官兵拒绝投降，纷纷拿起枪械与日舰对峙。两舰船相距300米，双方用旗语对话达四小时之久，交涉未取得任何进展。高升号与浪速号对峙交涉中，搭乘高升号随清军前往牙山的退役德国军事顾问汉纳根，在清军、英国船长、日本海军之间调解未果。
下午1时许，浪速号升起攻击信号旗要求高升号乘员即刻离船，并向高升号发射鱼雷一枚，可是鱼雷没有命中高升号。高升号舰桥桅杆升起红色警报旗，汽笛嘶鸣通告全员弃船逃命，船上清军顿时大乱。船长等西洋船员趁混乱跳入海中逃命，会游泳的清兵也争先恐后跳入海中，甲板上清兵向逃跑者开枪射击。浪速号15厘米速射炮朝高升号开炮，炮弹命中动力汽罐，蒸汽和煤烟喷出，接着船体多处着弹发生倾斜，清兵从甲板上滑入海中，落海逃生的清兵同时遭到日舰水兵的射击，下午1时46分高升号沉没。
高升号事件在国际社会引起广泛议论，8月1日英国剑桥大学和牛津大学的国际著名法学学者，先后在《泰晤士报》上发表文章，评论日本行为的正当性。主张“日本向清国发出最后通牒的时限是7月25日，而清国无视警告于25日继续向纷争地域增派军队，清国显然在挑战日本的通牒，没有缓和朝鲜半岛紧张局势的诚意。高升号商船的性质由此转变成敌国船舶，击沉高升号符合战时国际惯例。”事件造成的影响虽然因为英国法学学者的文章使世论趋于沉静，但是8月3日英国外务大臣给日本驻英国公使青木发去书面信函，指出：“英国政府对本事件的态度，认为日本政府应负主要责任，具体结论须待详细报告判断。”英国官方没有因为世论对日本的批评趋于沉静，就认同知名学者的意见，坚持主张日本应负的责任。
1930年4月，东京帝国大学法文学部田保桥洁教授，发表了《近代日支鲜关系研究》的论文（日本、支那、朝鲜）。1940年3月，应朝鲜总督府委托，又新著《近代日鲜关系研究》两卷，2,100页。关于丰岛海战的责任问题，田保教授根据诸多旁证作出如下推论：“济远管带方伯谦，面对数倍于己的敌舰，不可能有先行攻击的意图。清舰此航的本务是护送运兵船，任务正在随行中。况且清舰和日舰相比，舰少速慢呈明显劣势，在远离基地的公海上作战，必会以卵击石、燃火自焚。按照正常理智的情况，当军力处于不对称状况下，弱小的一方一定会尽量避免战斗。”论文中引述了日本舰队参谋釜谷忠道大尉的一段记述：7月24日，舰队奉命侦查牙山和牙山湾附近的清国舰队，命令要求第一游击队，如果遭遇到清国的军舰是弱小的，就没有必要发生战斗，如果双方势均力敌或强大就有必要实施攻击。当吉野舰在丰岛海面发现济远、广乙舰后，坪井司令官表示敌舰大小强弱或优势劣势无法判断，只有一战才能见得分晓，无论如何先打了再说。随后我舰执行了司令长官的命令，7时52分在距敌3,000米处向济远舰先发射出第一弹。
裁判所经过对前记事件详细案查后，作出以下判决。
Ⅰ.认定高升号适合航海，必要的条件完全满足要求。
Ⅱ.高升号沉没前及沉没中，船役员及乘组员的行为正确，没有可指责之处。
Ⅲ.高升号沉没之原因，是受到日本国军舰浪速号炮击所致。
Ⅳ.高升号灾难发生时，船长和乘组员没有可以避免灾难的手段。
Ⅴ.本裁判所对船役员及乘组员没有任何可以指责的要项。
Ⅵ.本裁判费，6英镑4先令视为正当。
1894年8月7日 于长崎
裁判长英国领事 约翰·艾·库因 署名
克普由鲁库号船长 约翰·米切鲁 署名
道露美朗号船长 托马思·依·卡维卢 署名
1895年9月6日，英国外务省将印度支那汽船公司的索赔清单送交清国，额度约4.6万英镑，清国对索赔坚决反对，主张应该由造事者日本赔付。在高升号事件问题上，日本外交注重国际法的研究和运用，与英国法学者在国际法规的对话中遥相呼应。在高升号事件的调查和处理上反应迅速，处置有节，游刃于国际法的模糊边缘，扭转了政府的被动局面。清国最终反而成为事件的责任者，被索赔英国船高升号的全部损失。此后，清英两国的索赔交涉断断续续延续了８年。1902年，大清帝国在极端衰弱的背景下，光绪帝迫于压力最终在《为高升轮案现拟通融商结事奏折》上签字“依议 钦此”，赔偿金额33,411英镑，折合库平银266,595两。（1901年清英《和约》协定，白银对英币的汇价：1两海关银兑30.078便士，1英镑相当于7.98两海关银。）
英国主持的两次裁判，事实上并未主持公道，行为上明显偏袒日本。裁判结果认定了7月19日日本向清国发出战争通牒的有效性，以及击沉高升号的正当性，从论理上确立了战争的合法性。日本因此以“1894年7月25日”为日清战争的实际开战日。
丰岛海战后，清日两国实质上已经开战。李鸿章清楚知道，清国水师舰船的巡航速度和火炮发射速度劣于日本舰队，远海作战没有胜算的把握。为保存北洋水师的实力，清舰只能采用近海防御的策略，让北洋水师在渤海湾附近巡航，凭借海岸炮台和港湾屏障的庇护与敌对抗。李鸿章命令提督丁汝昌率舰队前往汉江湾一带巡航，伺机迎击日本舰队。丁汝昌建议，舰队没有超过日舰速度的巡洋舰，而且日军在汉江各口敷设许多水雷，我舰有遭到鱼雷艇袭击的危险。如果我舰诱敌于纵深海域，即使速度和炮速不如日舰，凭借我舰坚固装甲和大口径炮优势也有取胜的可能性，李鸿章没有接受丁汝昌的建议。
9月17日清晨，天气晴朗、海面宁静，舰队抵达海洋岛附近搜索，仍未见清国舰队的踪迹。联合舰队此番不遗余力地寻找清舰，就是想和北洋水师决战，夺取制海权。海军最高长官，军令部长桦山资纪亲自出征督战，乘坐改装成巡洋舰的西京丸舰，跟随在本队右侧。上午10时50分，东北东面方向隐约发现舰船煤烟，11时40分煤烟越加浓郁，交织在水迹相连的天边，舰船竟有十数艘之多。如此庞大的舰队编队无疑就是清国北洋舰队主力，联合舰队各舰立即进入临战状态。伊东司令官认为，北洋舰队的出现定是为报丰岛之仇前来决战，这种想法影响了伊东的判断，没有派舰船搜寻已经陷入登陆困境的清国陆军。
12时50分两舰队迎面接近，北洋舰队采用英国海军军官琅威理指导的“鳞次横阵”队形，此阵形是史上奥地利舰队在利萨海战中使用的著名阵法。日本联合舰队则摆出“单纵阵”队形迎战清舰，该阵形是英国海军军官尹古鲁斯提案和指导的，仅在桌面上推演过，此阵法能有效发挥日舰侧面速射炮火优势攻击敌舰。当两舰队相距5,700米时，清国旗舰定远号30厘米巨炮向日舰第一游击队先行发炮，炮弹在“吉野”左舷数百米处爆炸腾起巨大水柱，北洋舰队诸舰随后也相继向敌舰开火。日本舰队装备的速射炮存在射程短的弱点，只有在3,000米距离时才能发挥最佳射击效果。日舰将航速提升至14节屏息急进，忍耐着清舰单方炮火的攻击。当两舰队间距离缩小至3,000米左右时，日舰急不可待，向清舰发起猛烈炮击，黄海海战开始。
北洋水师损失十分严重，旗舰定远的上部构造物被炸损，舰上火灾四起，铁板支架扭曲。下午3时10分，日舰扶桑一枚24厘米炮弹，击穿定远舰首无装甲防御部位，穿入舰舱内爆炸燃起凶猛大火，舱内涌入海水。危机情势之中，致远舰迅速赶来救援，在定远舰前勇敢地与敌舰炮战对抗，为旗舰扑灭大火排出浸水赢得宝贵时间。但致远舰右舷吃水线下中弹大量进水，舰体出现30度倾斜。生死的最后关头，致远舰管带邓世昌似欲与敌舰冲撞，追敌途中舰体中部爆炸沉没，240余名官兵阵亡。历时3个多小时的海战，北洋舰队只剩下定远、镇远两艘巨舰，仍然顽强与松岛、千代田、严岛、桥立、扶桑5艘围攻而来的日舰对战。两舰频繁发生火灾，舰体被弹千疮百孔，多数舰炮被炸坏或发生机械故障，炮弹已呈匮乏局面。两舰且战且退向西南方向移动，企图把日舰尽量引向远离大东沟的方向，掩护登陆中的陆军部队。日舰集中所有炮火猛攻两舰，却无法将其击沉以抹去长久以来笼罩在日本人心中的阴影。战后，日本联合舰队官兵和欧美列强舰队长官叹服定远、镇远装甲的坚固强大，是新一代战舰制造技术的楷模。
黄海海战北洋水师战败，李鸿章最初接到战报，北洋水师重创日本联合舰队，日本已无能力向外海派出舰队作战。9月23日，英国远东舰队司令官在天津拜访李鸿章，告知日本舰队包括负伤的松岛、吉野舰一艘未沉，全部受伤战舰已经回复即战状态，李鸿章大惊坚称此乃谣传，绝不相信此等说法。当日，威海卫北洋水师来电，称发现数艘日舰在威海卫海域游弋，同时接到军机处直接给丁汝昌的责令，威海、大连湾、旅顺口乃北洋要隘、大沽门户，海军各舰须在此域梭巡，严行扼守不得远离，若有疏虞定治提督重罪。黄海海战败事震惊朝廷上下，北洋水师提督丁汝昌被朝廷剥夺赏誉革职留用。
日清大海战中，日本联合舰队取得丰岛、黄海两战胜利，夺取了制海权。事实上，日本在开战前面对清国强大的北洋舰队，并没有十足的把握。战前大本营与海军部长桦山资纪制定了上、中、下三策，上策：“日本若海战获胜取得制海权，陆军就可以长驱直入进攻辽东、山东、北京”；中策：“海战如果未决胜负，陆军只占领朝鲜，海军尽力维持朝鲜海域的制海权”；下策：“日本海战败北，陆军退出朝鲜，海军依靠海防力量拒敌于国门之外”。日本海战的胜利使清国失去了制海权，打开了通往清国的海上通道，海路不再对日本有任何威胁。日本对清国的攻势从此急转直下，第二军顺利经海上通路侵入清国本土，并长驱对台湾作战。黄海海战后，退避威海卫的清国舰队剩余势力，在李鸿章“御敌保船”的方针下，最终成为日军的囊中之物。
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