成欢之战后倭寇加快了在朝鲜的侵略路程，倭军快速集结兵力，向平壤进发。清政府和倭寇很快迎来了双方陆军首次大规模作战。
在这场战役中，清军的占得优势更大。但在战争已经开始，敌人进攻在即的时候，清政府竟然还任命成欢之战逃将叶志超为各军总统，作为前敌主帅。叶志超贪生怕死，庸懦怯敌，既不敢驱军南下，主动歼敌，也没有保卫平壤的决心。
战争刚开始，和倭寇刚一经接触，精神崩溃，又再次率先逃跑，致使军心大乱。复又在撤退过程中多次被倭军截击，导致官兵多死伤枕籍，伤亡惨重。当时驻守平壤的清军共三十五营，一万五千人；进攻平壤的倭军有一万六千多人。虽然当时的朝鲜政府被强行拉到倭寇阵营，但朝鲜的平安道观察使闵丙奭积极协助清军作战，大院君李昰应也暗中给清军传递情报。但主帅叶志超并未充分利用这些优势，指挥失误、临阵脱逃导致清军失败，以至于影响了整个战局。
平壤之战失败，叶志超的确应负主要责任。至于倭军方面，早将清军底牌摸清，知道我军主帅叶志超无能，“全军只一心一意困守平壤，正好替倭军方掩盖住不善于野战的短处。反而助长了倭方，唯有清军守城，才能让倭寇方按原定计划稳步推进，凭借优势火力和组织完善、训练有素的军队打败了清军。
9月15日的平壤之战与9月17日的黄海海战一起，成为倭寇甲午战争的转折点，是倭寇驱逐清朝在朝鲜的势力的决定性作战。9月初，倭军就开始向平壤推进，清政府虽从各处抽调兵马前往平壤，然除总兵吕本元率马队两营于9月13日抵义州外，其余部分皆迟迟而未入朝鲜国境，导致撤退后没有可以依托的防御支撑点，不能有力的反击倭寇。至9月24日，清军全部退回我国境内，倭军大获全胜。
自此以后，倭军军掌握战场主动权，开始在我国境内迅速推进。平壤之战中，山东平邑杰出将领左宝贵面对主帅叶志超溃逃、敌军压境的境况，毅然殊死抵抗，直至殉国。相较叶志超弃城逃跑，狂奔五百里的行为，左宝贵就是有着高山仰止的忠贞品质，有种“宁可枝头抱香死，何曾吹落北风中”孤勇。但是叶志超的懦弱窝囊直接致使倭寇军队占领朝鲜全境。
此次战役失败的原因即是清政府的腐败，也是前敌主帅叶志超昏聩无能造成的。从战略上看，清政府一直在执行消极抵抗政策，没有与敌人血战到底的勇气和决心，一味坚持保守方针，致使名清军驻守平壤，坐待敌人进攻。作战指挥上，清军更是无所作为。
而战后，清政府竟一度可笑的听信了叶志超的虚假战报，降旨慰勉。其后被御史揭发其捏造战功，被判斩监候。盛军统帅卫汝贵亦以“临敌退缩，以致全军溃败”、“克扣军饷”、“纵兵抢掠”的罪名被处斩。而左宝贵则被光绪帝追赠太子少保衔，赐谥号“忠壮”。但是一切都是悔之晚矣。9月16日，倭寇明治天皇赐谕嘉奖平壤大捷，接着倭军进一步推进，将战火烧至我国境内。
黄海海战正发生在9月17日，平壤陷落的第三天，倭寇联合舰队就在鸭绿江口大东沟附近的黄海海面挑起—场激烈的海战，这是甲午战争中继丰岛海战后第二次海战，也是我方和倭寇的一次海军主力决战。
9月15日上午，北洋水师护送4000余名入朝援军到朝鲜。返航后在鸭绿江口大东沟（今辽宁省东港市）遭遇倭军阻截，战斗由此爆发倭寇海军在大同江外海面投入战斗军舰则有12艘，包括其全部精华，中午开战后，北洋舰队重创倭寇比叡、赤城、西京丸号诸舰，但北洋舰队中扬威、超勇二舰都遭受了重创。
海战第一阶段北洋舰队以两铁甲居中，成犄角雁行列阵应敌，整个战队右翼的船舰处于最弱，遭受倭寇第一游击队的围攻而蒙受损失。倭寇舰队使用的是把弱舰抛于最后的鱼贯纵阵，受到北洋舰队主力舰的截击而遭沉重打击。双方都在以己之长，攻敌之短，争取战争的主动权。攻击的目标是敌方的弱舰。在此阶段，虽互有损伤，胜负末见，但北洋舰队仍“维持鳞次阵形，保持舰与舰间隔距离，以六里速力整然航驶”。而倭寇舰本队的鱼贯纵阵则已被打乱。海战第一阶段，北洋舰队占上风，倭寇舰队处境不利。
海战第二阶段，北洋舰队的超勇、扬威、致远、经远号先后沉没，济远、广甲相继遁逃，共失去六舰，战斗力大大减弱。由于致远、经远、济远等主要舰只的损失和遁逃，北洋舰队已无力主动向敌人进攻，不得不由第一阶段的进攻转为防御，由优势变为劣势，处境十分不利。倭寇方面虽然比睿、赤城、西京丸三舰退出或失去战斗力，但这三舰均是最弱的船舰，退出对倭寇舰队战斗力影响不大，反而由于三弱舰退出战场，使倭寇舰队无需再分散力量保护弱舰。实际上是减轻了负担，得以轻装上阵。这样，倭寇方由第一阶段的劣势转为优势，战局的发展变得对倭寇有利。
北洋舰队方面，此时“靖远、来远号修竣归队，平远、广丙、鱼雷各艇都要折回”。靖远号管带叶祖珪，帮带刘冠雄知道定远号桅楼被毁，无从指挥，遂主动代替旗舰定远升旗集队。诸舰毕集，军威重振。集合后定、镇、靖、来、平、丙六舰相距各八、九米，鱼贯东行尾追敌舰十余里，准备与倭寇再战。但此时天色已晚，暮色苍茫。倭寇舰队惧怕定远、镇远诸舰会合鱼雷艇进行袭击，不敢再战。开足马力“向西南一带飞驶躲避而去”，只一瞬间就逃远了。北洋舰队也收队驶回旅顺。至此，历时五小时的激烈海战，宣告结束。
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