北洋水师全军覆没以后，李鸿章就被免去了北洋大臣的职位。朝廷调派两江总督刘坤一到北京负责总体战略，东北前线的军队则交给了湖南巡抚吴大澂统领。吴大澂是清流派，跟李鸿章和刘坤一关系都不错，各派力量博弈的结果才把他派上战场。他跟马尾海战的张佩纶一样，是个八面玲珑和纸上谈兵的清流政客，主要才能是奏章写的好，然后就是精通金石书画。吴大澂指挥的军队数量有十万之众，号称“湘军”，实际上是各地练军拼凑而成的杂牌军，武器短缺且缺乏训练，还有很多士兵是临时招募的，根本就未经训练，不过是用了几个湘军老将担任指挥而已。这样的主帅配上这样的兵，跟日军交战自然是节节败退，不断的丧师失地。1895年3月，日军占领营口和田台庄，开始威胁山海关。
李鸿章 “退居二线”以后，继续积极谋求与日本和谈。慈禧太后在幕后支持。
光绪皇帝原本态度强硬，但在吴大澂的“湘军”溃败以后，也转而支持和谈。
同时，战争也开始将日本的国力拖向极限。开战以来，日本军费已超过2亿日元，相当于两年半的财政收入总和。在战争爆发后三个月，日本全国工业生产就减少了51%，商业减少了31%，农业生产减少了13%。由于长期承担战争成本，日本国民生活苦不堪言，国内已经有零星的农民起义爆发。战争继续拖下去，对日本也不利，因此日方也愿意和谈。当然，此时日本仍然还有很大的战争潜力，还远没有到必须立刻停战的紧急关头。由于战争局势全面占优，谈判条件非常苛刻，核心条件是巨额赔款和割让台湾、辽东半岛，而且要求清廷必须派出有包括割让土地之权在内的全权大臣来谈。
双方都愿意和谈以后，李鸿章就时来运转了。慈禧太后亲自下令，恢复李鸿章一切职务，并任命他为对日谈判全权大臣。
从1895年3月13日到4月15日，经过一个月的谈判，双方最终在日本马关达成和议，史称《马关条约》。这份条约的苛刻程度，超过了清政府之前签署的任何一份不平等条约。
《马关条约》主要内容包括：
1.清朝从朝鲜撤军并承认朝鲜“独立自主”，不再是朝鲜宗主国；
2.清国割让台湾岛及所有附属岛屿、澎湖列岛以及辽东半岛给日本；
3.清国赔偿日本军费2亿两白银；
4.在所有赔款到位之前，日军继续占领威海卫作为抵押品，清国每年再向日方支付150万两银子的驻军开支；
5.清国对日本开放内河通商，给予日本片面最惠国待遇等。
条约签订以后，俄国非常愤怒，因为割让辽东半岛一事严重不利于它称霸中国东北的野心。它拉上法国和德国，把军舰开到了日本海，扬言日本如果不放弃辽东半岛，就要炮轰日本本土。日本向英国求援，但被英国拒绝，因为英国政府也不太希望看到日本在东北亚一支独大——它原本支持日本是希望看到日本能夺取朝鲜，造成中日俄三国互相制衡的局面，没想到清军会如此不堪一击，把辽东半岛都丢了。
这样，日本被迫把辽东半岛“归还”给了清朝，但基本原则是对列强让步、对清朝不让步：清朝要想拿回辽东半岛，必须再多支付3000万两的赎买费。清廷对此大为满意，立刻接受。
出于对英国暗中支持日本的不满，以及对俄国干涉的感谢，清廷又派李鸿章与俄国秘密签署了中俄《防御同盟条约》（简称《中俄密约》），规定双方结成对抗日本的秘密军事同盟，若日本再入侵中国，中国所有口岸均准俄国兵船驶入。同时，允许俄国修建一条横穿中国东北到达符拉迪沃斯托克[1]的铁路。后者对俄国在东北建立殖民霸权至关重要。俄国方面将清廷同意铁路建设条款作为中俄同盟的前提。为了确保这一条款通过，甚至还安排了行贿资金，向李鸿章许诺，如果“接路”顺利进行，将付给他300万卢布的酬金。李鸿章有没有接受这笔贿赂，目前尚无法证明[2]。总之他没有太多反对和犹豫就把这一条款转发给了朝廷。他在电报中说：“约文无甚悖，若回绝必至失欢，有碍大局”。过了几天，见清廷还在犹豫，又发电催促“俄既推诚，华亦推诚相与，勿过疑虑云……时促事烦，求及早请旨电复遵办”。后来，俄国以《中俄密约》为基础，进一步夺取了在旅顺等东北地区关键战略要地的驻军特权。东北地区变成了俄国的势力范围，清朝对东北的主权名存实亡。《中俄密约》是一个不折不扣的卖国条约，而且是在没有任何军事失败的前提下签署的卖国条约。这并不是一个非签不可的条约，无论有没有收受贿赂，李鸿章都要对其中的关键卖国条款负主要责任。
为了尽快赔付2.3亿两白银，清廷又以海关税收等其它财政收入为抵押，找俄国、法国、英国等国的银行借款。加上回扣和利息，清廷为战争赔偿总共支付了高达7亿两白银。俄国、法国、英国等从中赚到的回扣和利息，比日本拿到了赔款还要多。这些资金的主要来源，也还是英国控制的海关和内地的鸦片税收，此外又新增了许多苛捐杂税来填补赔款造成的财政窟窿。清政府的行政税收渠道，实际上成了列强对中国人民的抽血通道。清政府作为傀儡政权的性质，也随之进一步加强。
甲午战争彻底暴露了清朝虚弱的军事实力，清朝之前通过左宗棠收复新疆之战和中法战争积累起来的“威望”荡然无存。
上海洋商的报纸《北华捷报》1896年4月10日的一篇文章中说，中日战争打破了“中国是一个大国，其领土不可轻犯神话”。这句话反映了一个今天很少为人所知的事实，就是在第二次鸦片战争结束到甲午战争之间的一段时间，世界上竟然存在过中国的领土不可轻犯的“神话”。这个神话是左宗棠、冯子材、刘铭传等人通过新疆之战、中法战争打出来的，也是被李鸿章通过甲午战争给打没的。
俄国、法国、德国这些战前还对清军有所忌惮的列强，开始明目张胆的在中国抢地盘、瓜分势力范围。1897年11月，德国派舰队强占胶州湾。清政府被迫同意将胶州湾租给德国，并允许德国在山东修筑铁路、开采矿山等特权。山东成为德国的“势力范围”；1897年12月，俄国强占了旅顺口和大连湾，第二年干脆宣布在辽东半岛建立“关东省”，把整个辽东半岛变成它的势力范围。英国也顺势把香港的租界扩大，又借口抗衡俄国强租威海卫，并要求清政府承诺长江流域的特权不能让与他国。日本也有样学样，强迫清政府承认福建为日本势力范围，不能把福建沿海的港口租借给其它国家。1898年法国强租广州湾，把广西、云南等地划为自己的势力范围。这样，中国沿海地区除天津以外的主要海港都被列强圈占瓜分。
甲午战争的过程和结局再次印证了伊藤博文之前评论太平天国革命的那句话：“（太平天国革命被镇压之后）满清的所作所为，无一证明它值得一救。满清根本不值得救。”出力拯救满清的曾国藩、李鸿章等人，是不折不扣的民族罪人。
[1]原名海参崴，为中国领土，1860年第二次鸦片战争期间被俄国攫取，成了俄罗斯在远东通向日本海的关键海港。
[2]俄方确实成立了一个300万卢布的由财政大臣自由支配的基金，这个基金由沙皇秘密谕令成立，名义上是修建关东铁路的自由资金，但俄罗斯外交官在回忆录中声称这就是向李鸿章行贿的钱。此事由俄方外交官个人回忆录和沙俄官方档案相互印证。但基金成立后有无向李鸿章行贿，或者给了多少钱，尚无法查证。
