北洋水师退回刘公岛后，日本海军并没有来进攻。究其原因，一方面是黄海一战日本海军损失也不小，一时无力再战，更重要的是，日本海军长途奔袭，补给困难，还没有进攻北洋水师基地的能力。
当日本占领了旅顺港后情形就变了。日本海军进驻了旅顺港，随时可以攻打刘公岛。
光绪二十一年，公元一八九五年，元旦刚过二十天，日本军队就展开了对北洋水师的最后围剿。
日本海军为了一举消灭大清海上力量，调集了所有精锐舰船组成联合舰队，伊东佑亨大将为联合舰队司令官。陆军方面则由大山岩大将统领两万五千人。
一月二十三日，日本陆军在联合舰队的掩护下登陆威海卫，对外围的南山炮台展开攻击。一月三十日，日军以伤亡四千人的代价全歼了守卫南山炮台的三千清军。二月三日，日军攻克威海卫城。
北洋水师的基地刘公岛成了一座孤岛。
此时的刘公岛上乱作一团。丁汝昌看到形势危急，召开了作战会议，军官们在会上吵作一团。
丁汝昌先介绍了当前形势，然后号召将领们与日军誓死相拼，报效朝廷厚恩。
定远号管带刘步蟾先跳了出来。他把袖子撸了起来，挥舞着双臂大声吼叫着，要率先出战。刘步蟾平日胆小人懒，贪财好色，本来和方伯谦是一路人物，两人也十分相得。可是黄海海战时方伯谦逃跑，最终落得个斩首的下次，对他刺激很大。
刚得知方伯谦逃跑的时候，刘步蟾就非常气愤。中国人是最要面子的，刘步蟾觉得自己的好朋友如此不堪，实在是丢了他自己的脸面。想到当时为了银子把方伯谦调到自己身旁，他后悔不已。
等到方伯谦被处决后，刘步蟾想清楚了一件事，靠逃跑是保不住命的。与其被军法处置，还不如战死沙场，至少搏个美名，家属还能受到抚恤。一旦看破了生死关，刘步蟾的血性就出来了，这次带头请战还真的是发自内心。
刘步蟾一带头，几艘巡洋舰的管带也站了起来，纷纷表示要拼死一搏。
虽然这些管带都是福建人，平日里拉帮结派的让外人侧目，丁汝昌也很难管束。但到了战时，老乡关系还真有用。这些管带们都认为方伯谦丢了福建人的脸，反倒是外乡人邓世昌得了头彩，都想抓住最后的机会把颜面挣回来。
丁汝昌一看，镇远管带林泰曾、来远管带邱宝仁、靖远管带叶祖圭、扬威管带林履中，济远新任管带杨用霖、广甲管带吴敬荣等主力战舰的指挥官都表示要死战，心里十分欣慰。
本来这会议该顺利的结束了，没想到几个外国雇员却发起了牢骚。北洋水师雇佣了不少洋人技师，负责轮机、炮台这些关键部位的修理维护。按照水师的惯例，这些洋人都可以随管带们参加会议。
洋人受雇是为了钱，他们眼见得日军占了绝对优势，明知再战是送死，这些人自然不肯。他们说了许多冠冕堂皇的理由，终归是劝说丁汝昌投降。
按照西洋人的习惯，到了绝境就投降是理所当然的。他们的主要观点是，清军投降了，朝廷就会和日本人议和。缔结了条约，北洋舰队还是清朝的，这样就为大清保住了海军。如果现在出战，恐怕最后大清连一艘军舰都剩不下。
可是在中国人看来，投降是最大的耻辱。就算是最后全军覆没，只要覆没得英勇，也保住了朝廷的颜面，其实也是保住了自己的颜面。
两边的人各有各的道理，谁也说服不了谁，于是吵了起来。
广丙号管带程壁光是唯一没站起来请战的军官，他看到两边争吵，依然坐在椅子上沉没不语。
程壁光身边坐的是位陆军军官，威海卫营务处提调牛昶昞。日军登陆威海卫的时候，老牛正好押送军需登上了刘公岛，威海卫陷落后，他就和五十名押送士兵留在了这里。当两边吵起来后，他看看这边，又瞧瞧那边，嘴角带着一丝冷笑。
最后，还是丁汝昌止住了争吵。他说，北洋水师是要与日本人决一死战的。如果这些洋人不愿参加，只管留在刘公岛便是。最后议定，刘步蟾的镇远舰先出海扫清航线，其余各舰做好出击准备。
第二天，刘步蟾一早就集合和全舰官兵，他又撸胳膊挽袖子的鼓动了一番后命令升火启航。
刘公岛的深水港在个小海湾里，出港要通过一条狭窄的航道，航道两旁暗礁密布，无法行船。这样的地形日本军舰很难攻进来，所有当初李鸿章命令全军进港避战。
不过这情形早被日本人侦查清楚了。当他们占据了威海卫后，猜想到北洋水师会拼命，就乘夜在航道出口布下水雷。定远号官兵此时群情激愤，行到出口处一时不查，中了深水水雷，被炸出了个大口子。
定远舰底部被分割成几个舱，海水只能从破口涌进一个舱，导致船体加重而影响航速，却依然可以航行。可是这炸弹产生的冲击波把船向一侧推去，恰好卡在了暗礁上再动弹不得。
日本人发现定远舰搁浅了，就开来了三艘巡洋舰。
刘步蟾知道已经到了最后时刻了，他下令全舰掉转炮口轰击日舰。
定远舰全舰有二十二门火炮。两门前主炮和两门后主炮都是三百毫米的重炮，十八门侧舷跑是一百毫米炮。在海战中为了减少对敌面积，都是船头对着敌方，只有两门前主炮可用。现在搁浅在暗礁上，侧面对着外海，反而有十三门炮可以同时开火了。
定远舰虽然航速低，转弯不灵便，射速也慢。可它船身巨大，装甲厚重，低下被礁石托着，成了个巨大的钢铁炮台。
日本人见定远舰搁浅了就来捡便宜，没想到刘步蟾已经要玩命了。他们正洋洋得意的逼近定远舰时，被一轮炮弹打过来，居然全都中弹起火。日舰舰长们忙命令灭火，并开始和定远舰对射。
日本人开炮后才发现事情不妙。他们眼见得定远舰船身中了十几弹，也穿出了几个洞，可定远舰被礁石托着，丝毫不受影响。而自己的船又中了几炮，一艘起了大火，另两艘已经倾斜了，只好退出战斗。
伊东司令看到三艘巡洋舰竟然被一条搁浅的船打得东倒西歪，气得又瞪眼又吹胡子，忙派出最先进的秋津号带了五艘巡洋舰来围攻。
刘步蟾知道秋津号和吉野号是日本海军最厉害的两艘了，吉野号在黄海之战中受了重伤，至今还没完全修复。此时看到秋津号过来正和他心愿，就命令所有炮都对准秋津号打。
秋津号上的日本人没料到刘步蟾会如此行事。他们的速射炮也实在厉害，十几分钟的射击就炸飞了定远舰的一门前主炮和两门侧舷炮。日本炮手看到巨大的战果正手舞足蹈的高兴大叫时，忽然发现天上的炮弹如飞蝗般向自己飞来，一瞬间秋津号连中五弹，两门前主炮都哑了火。
秋津号虽然受了重伤退出战斗，跟随的五艘巡洋舰却乘机猛轰定远舰，又炸掉了一门后主炮，定远舰上燃起了大火。
此时刘步蟾已经发狂了，他从舰桥上跑下来亲自搬运炮弹，也不顾自己舰上的火势，只是逼着炮手们开炮。不多时，居然又重创了一艘日本军舰。
就在此时，水兵们向刘步蟾报告，说炮弹已经用完了。
刘步蟾以一艘搁浅的舰船居然重伤了敌人五艘巡洋舰也算是海战的奇迹了。当炮弹用完时，他心绪慢慢的平静下来，镇定的命令水兵们发下救生艇，能逃回岛的都逃回去。
水兵们上救生艇的上救生艇，上不去的也套了救生圈跳下海里往回游，刘步蟾却冒着飞来的炮弹慢慢的走到舰首，怜爱的看着伤痕累累的舰身，然后从腰间拔出匕首刺进了自己胸膛。
定远舰在出海口与日军对射了两个小时，如果此时港内各舰乘机冲出，不仅可以解救刘步蟾，甚至重创日本海军反败为胜的机会都是有的。可这么长时间里，港内竟没有一艘船开动。
原来，当定远舰刚启航时，其他各舰管带又集中在提督府来听候调遣。丁汝昌正在安排出航顺序时，外面冲进几十名荷枪实弹的军兵，把大厅围了起来。
威海卫营务处提调牛昶昞一手提枪一手拿刀走了进来，刀刃上还淌着血。
“丁军门，末将有事相商。”牛提调对丁汝昌躬身施礼后大声说道。
丁汝昌听他说出“相商”二字，分明是以下犯上，知道发生了兵变。他斜视着牛提调冷冷说道：“有事就快说，我还要安排军务。”
牛提调哈哈一笑，说道：“事到如今还安排什么军务。洋人们说得有道理，要保全朝廷的最后几艘军舰，只有投降一条路。请军门下令向向日本人投降。”
牛提调说着，从怀里拿出一张纸，对大厅里的军官们说的：“这是日本海军联合舰队伊东司令发来的电报，里面说得清楚，只要投降，日本海军不仅保证大家的安全，还承诺马上放各位回乡，绝不扣押。这封电报被丁军门私下扣押了，这岂不是误了诸位的性命。”
丁汝昌愤然说道：“我大清海军只有战死的将军，没有投降的将军。我是绝不会投降的。”
周围的军官们听了，都跟着说道：“我们宁可战死也不会投降。”
牛提调听了，哼了声，从厅外喊进十名士兵，黑洞洞的枪口对准了厅内的军官。他冷然对丁汝昌说道：“丁军门，请你立刻派人去威海卫商谈投降条件，否则休怪末将无礼了。”
丁汝昌见提督府已经被牛昶昞控制，而刘公岛上此时只有海军，军兵们又都在船上准备开船，知道自己等不来救兵，就凄然说道：“我军中有你这样的败类，可耻，可耻啊。”说罢，他拔出军刀在脖颈上一抹就倒在地上。
“丁军门”管带们见状惊呼起来，围住了倒在地上的丁汝昌。但丁汝昌这时已经断了气，再听不到大家的喊声了。
这牛昶昞做威海卫军营提调多年，刘公岛的供给多由他负责筹办，着实贪没了不少银子。他在家乡置办了百十亩地，又娶了三房小妾，添了四个孩儿，只待退役后回家享清福。不曾想风云突变，中日打了起来，而且日本人占了威海卫。
当上次开会时牛昶昞听丁汝昌说要与日本人拼命的时候，他就暗下决心不能陪着这般狂人丧命。散会后，他联络了那些洋雇员，密谋发动兵变。这天他见水兵们都上了船，提督府只有十名护卫和军官们在，就带着洋人和他的手下控制了提督府。
牛提调只想保住自己性命，倒也没有伤害军官们的意思。他本意是逼迫丁汝昌接受日军的劝降，没想到丁汝昌如此刚烈。见到丁汝昌自杀，他暗自盘算，剩下的管带都跟随丁汝昌多年，如果强逼保不住又自尽一个。
于是，他挑选了接替方伯谦任管带的杨用霖。他以为杨管带刚刚上任，于丁汝昌的关系要疏远些。没想到杨用霖大叫道：“我蒙朝廷恩典，丁军门提携，才任了管带一职。还没立寸功却要去向日本人投降，我还有何脸面见祖宗家人。丁军门，末将随你去了。”
说罢，他俯身从丁汝昌尸身上捡起军刀，刺入了自己腹中。
牛提调见又死了一个，也不敢再行逼迫，就让军兵们收了军官的武器，先关押到厢房中。
管带们一个个的被押出去了。当广丙号管带程壁光走到牛提调身边时，低声对牛提调说道：“我愿意去。”
牛昶昞听了心中大喜，忙拿出洋人们写的投降书，让程管带乘小船去威海卫送给日本人。牛提调也是识文断字的人，投降书却是洋人们写的，这里有个缘故：西洋人打仗时投降是常有的事，所以写降书是驾轻就熟的事，写出的也非常得体。
第二天，牛提调去了威海卫，与伊东司令签署了投降书，把刘公岛内的舰船，军械全都献给了日军。
至此，清廷倾全国之财力经营了十年之久的北洋水师全军覆没，这天是一八九五年二月十七日。
北洋水师投降后，辽东的陆战又持续了二十多天，直到三月中旬清军全面溃退，光绪皇帝发出投降的上谕后，让华人痛心疾首的中日甲午战争才宣告结束。