1894年7月25日，日本在豐島海面截擊中國軍艦，不宣而戰。豐島海戰一役，標誌著中日甲午戰爭的徹底爆發。這次戰爭，是對晚清自強三十年而得來的北洋水師的最大的一次、也是最後的一次考驗。
豐島海戰只是一個序幕，在雙方都明白一場大戰無可避免的時候，甲午海戰（一稱黃海海戰）終於爆發了。最終，戰爭中北洋水師被擊沉5艘艦船，日本海軍重傷5艘艦船——看起來是北洋水師的一場“完敗”，實際上，並沒有人們形容的那麼誇張。
首先讓我們來看一下北洋水師的艦隊編制：
（北洋水師主力艦編制）
以主力艦隊為例（魚雷艦隊和後勤艦隊對戰爭的影響並不大），最重要的就是定遠、鎮遠兩艘鐵甲艦以及來遠、經遠、致遠、靖遠、濟遠、平遠六艘新式巡洋艦。日本海軍的戰力則主要包括以吉野號為首的第一遊擊隊和以松島號為首的本隊。兩軍在出動的軍力方面，是難分伯仲的。
但是在裝備方面，日軍是完勝北洋水師的，日本海軍不僅裝備了略多於北洋水師的150mm以上的大口徑火炮，更有近100門速射火炮——在這一項上，北洋水師的數據是“0”。
有一點需要注意：北洋水師的定遠、鎮遠艦排水量均達到7000噸以上，而日本海軍最大排水量的船也不過是松島號的4278噸——也就是說，定遠鎮遠二船有著極其優良的厚鋼板防護，雖然日軍裝備了數量龐大的速射火炮，但打在定遠鎮遠艦上都如同隔靴搔癢，無法造成直接傷害，因而若是單從火炮數量來判斷高低，是有失偏頗的。事實也證明，日本海軍並未能對定遠鎮遠造成嚴重傷害，兩艦回國後僅經過了一個月的維修，就又具備了投入戰場的能力。
在戰鬥之初，北洋水師的長槍重炮甚至佔據了戰場的主動：日艦“比睿”“赤城”“扶桑”和“西京丸”被打得抱頭鼠竄，旗艦（即總指揮所在艦船）松島更是被定遠艦（一說鎮遠艦）的305mm主炮命中了炮塔引發爆炸，直接喪失了作戰能力。但是隨著雙方距離拉近，日軍的優勢就得以體現：日軍艦船的平均速度比北洋水師快了三分之一左右，且數目龐大的速射火炮雖無法傷害定遠艦，但卻對小型的巡洋艦艇造成了毀滅性的打擊——不一會兒，致遠艦上已經成了一片火海。
隨後就有了鄧世昌率艦衝向吉野號的故事，不過現在有證據表明，致遠艦衝向的應該是日軍旗艦松島號。吉野號的最大速度有22.5節，而致遠艦僅18節，完全追不上吉野號，但是松島號的最大速度只有16節，且根據後來對吉野號上官兵記錄的調查，當時吉野號與致遠號相隔甚遠，致遠號更可能是想要撞擊面前的“松島”。只可惜，致遠號在衝鋒過程中被日軍擊沉，管帶（即艦長）鄧世昌抱憾殉國。
（2014年水下考古發掘的“丹東一號”被認為是致遠艦殘骸，圖為“丹東一號”上的火炮殘骸）
還不得不提及一點，雖然北洋水師“船堅炮利”，但是卻沒有足夠多的後備彈藥——因為中央削減了北洋水師的開支，導致各船彈藥不足，且不少彈藥都是次品，命中未爆炸已成為常態，完全是“巧婦難為無米之炊”。戰爭中，明明日軍的艦炮射速更快，消耗的彈藥理應更多，卻是致遠號先沒了子彈，不得不去撞擊敵軍，這也是黃海一戰北洋水師失敗的重要原因。戰鬥中的定遠艦隻一炮就讓敵方旗艦無法作戰，試想若北洋水師有足夠多的彈藥，可能戰局也會因而改寫。
最終，戰術上指揮得當的日本海軍佔據了優勢，但也付出了慘重代價：旗艦松島喪失戰鬥能力，吉野、赤城、比睿和西京丸也幾乎只剩了一個船殼，與後來一個月就修復完善的定遠艦、鎮遠艦相比，日軍這五艘船甚至修了兩個月都還不能投入戰場，松島號的旗艦位置更是被橋立號所取代了。
而北洋水師這邊，超勇、揚威兩船實在太老舊，戰場上也難以發揮作用，其沉沒的影響也不大；致遠、經遠兩艘新式巡洋艦的沉沒確實傷到了北洋水師的中氣。不過定遠、鎮遠尚在，意味著北洋水師的絕對主力仍然在手，是能夠與日本海軍再次一戰的。因而，說北洋水師“失敗”是能夠理解的，但說其“潰敗”“弱不禁風”，就確實有些不妥了。
黃海一戰，實際上對北洋水師並不是致命的，真正致命的是隨後的威海衛戰役——清朝將帥毫不作為，甚至公開要求海軍提督丁汝昌投降。最後的結果，丁汝昌和定遠艦管帶劉步蟾自殺殉國，定遠艦被日軍的魚雷艇擊沉，鎮遠艦也成為了日軍的俘虜。整個北洋水師——甚至可以說是整個洋務運動，就在威海衛的港口裡，一動不動地，迎來了終結。
“最堅固的堡壘往往是最先從內部被攻破的”，列寧的這句話，亦是對北洋水師失敗的最好總結。其實在1891年7月，丁汝昌就曾率北洋艦隊訪日，大揚國威。可在那之後呢？不論丁汝昌再怎麼提出資金需求，都被權貴者們當作了耳旁風，北洋水師的建設停滯了接近三年。而日本，建造了吉野號，並動用公共債券募集資金，改進了松島號、嚴島號、橋立號等一系列重要艦船，組成了一支強力的新式艦隊——這才是差距所在，這才是北洋水師乃至整個洋務運動失敗的真正原因。
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