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随着清军节节败退，在清廷内部，主和派已占上风，大肆进行投降活动。北洋水师深藏威海卫港内，战局更是急转直下，日本海军在渤海湾四处游荡，京畿门户洞开。
就在日军大肆进攻时，刘飞扬密切关注其动向，与海陆军将领多次分析日军情况，商讨反击日军的计划。
在获得日军准备在山东登陆的情报后，刘飞扬决定出手了。他命令在上海的刘洪恩，率新军第二师万余人沿运河北上，奔赴辽东。但刘飞扬让刘洪恩到达辽东田台庄布防，除了自己的命令，谁的命令也不听。就是太后、皇上问，只说是防日军入关之最后一线。
而台湾新军第一师乘坐台湾水师的军舰至山东，在乳山海域秘密登陆，然后昼伏夜行至威海卫外等待日军。然后台湾水师返回台湾，加载弹药，与铬字营改编的三千海军陆战队随时准备转进攻日本本土。
10月16日，台湾海陆军全军出动，先期特种兵已达山东，在乳山海域进行准备接应新军第一师。
10月18日，新军抵达山东，20日登陆完毕，之后向威海卫秘密进发。第一师黑夜出行，白天在特种兵准备好的地点隐藏。出行时，特种兵穿著便装四面护卫，如遇夜间出行的人特种兵便假扮劫匪把人吓走。25日，第一师到达威海卫外，在山中隐藏。
而在荣成的新军暗探在10月23日，发现日军在荣成龙须岛登陆，大山岩大将指挥的日本第三军，包括佐久间左马太中将的第二师团和黑木为桢中将的第六师团，共两万五千人，在日舰掩护下分三批登陆，25日全部登陆完毕。
10月28日晚7时，日军先头部队到达距威海卫35公里的白马河东岸。驻守在河西岸的孙万林军趁敌军立脚未稳，迅速发起攻击，激战两小时，歼敌100多人，清军只伤亡2人。日军不支，狼狈溃逃。
但驻守白马河的其它清军却因害怕日军大队赶到而不战即逃，只剩孙万林孤军作战。不久，日军大队赶到，孙万林寡不敌众，不得不撤出阵地，向羊亭集退走。
10月30日，日军第二师团占领温泉汤，第六师团占领九家疃，开始对威海卫南帮炮台后路形成包围。
11月2日下午，日军第二师团进攻威海卫南岸的制高点摩天岭，守卫在这里的清军仅一个营。仅当日下午日军就发起了四次进攻，但摩天岭地势险要，易守难攻，且在营官周家思指挥下，奋起抵抗，双方展开了激烈的争夺战。北洋水师提督闻之日军进攻摩天岭，马上让拱卫北洋水师的两个营清军增援。日军见清军援军赶到，乱放山炮应战。日军踩中清军预先埋设的地雷，摩天岭前顿时炸声四起，日军四次进攻，四次无功而返，死伤枕藉。
此时，天色已暗，日军不得不暂停攻击，以待来日再战。
半夜，刘飞扬下令让第一师，全军出动，趁着夜色在日军后方十里处悄悄的布置阵地。
次日拂晓，日军向摩天岭发动进攻，大队日军在军官的驱赶下继续猛扑摩天岭，守军虽顽强抵抗，但因兵力太少，形势危急。
日军大将大山岩见摩天岭的抵抗逐渐减弱，下令日军组织两个大队再次向摩天岭进攻。日军大炮首先向摩天岭开炮，已掩护步兵攻上摩天岭。
但日军炮兵刚打了一轮炮，突遭后方铺天盖地炮弹袭来，日军炮兵连转移阵地都来不及，第一师把日军的炮兵阵地，炸的遍地开花。
日军突闻后方连天的炮响，大为惊恐怕，大山岩一时也蒙了，
刘飞扬对第一师的投入可谓不计血本，第一师中75mm的克虏伯重炮就有四十门，行营炮更有近两百门。
第一师的一轮轰击就敲了日军的炮兵，紧接着调整炮口，对着日军第二师团狂轰乱炸。
摩天岭前的日军第二师团一万余人，顿时血肉横飞，没炸死的日军也四处乱窜，进攻摩天岭的日军在慌乱退了下来。
半会之后，大山岩缓过神来，大叫日军向后方反击。日军的武士道精神也表现出来，大喊着“天皇万岁”向第一师猛扑过来。
不过他们踢到了铁板上，虽然第一师只是临时的挖了条土壕，而且第一师九个团只用了第四团的此防守。但一个团就有机枪二十挺，它们就可在阵前交织成一道火力网，单靠步兵几乎是不可能穿过的。
第四团并不急射击，而等到日军进到五十米时，机枪才开火，“卟、卟、卟”的子弹击中人的身体声音，不绝于耳。
日军连续进攻了三次，但毫无进展。此日军第二师团大炮几乎在第一师的炮击中被摧毁，没有大炮的协助要进攻有强大火力的第四团是不可能的。大山岩只得下令日军向东撤退，想与在南帮炮台南侧的第六师汇合。
但刘飞扬利用日军混乱和想反击的时间，让第一团和第二团插入到日军两师团之间的小杨村，隔断了日军的联系。
大山岩只得下令日军冲击小杨村，但第二师团的大炮已被炸毁，攻击小杨村又是自找死路。第二师团在小杨村前猛攻了两次，见小杨村的火力比后方的更为强大，除了留下一地的尸体，连进到小杨村前二十米的尸体都不多。大山岩只能再次下令日军撤退，想从西路逃走。
但此时，北面也被第五团给堵上了，日军第二师团陷入包围之中。东西南三面被第一师封锁，而北面是摩天岭，现在没有炮兵的支援，摩天岭上的清军也不断增加，而且又见日军背后来了自己的援军，士气大振，想再夺摩天岭也是很困难的。
他们只能困守在此，等待第六师团的救援。可第一师的炮兵并不闲着，时常几发炮弹落在日军中。日军只能分散开来，免得受大炮的重视，听天由命了。
而在南帮炮台东面进攻虎山的日军第六师团中将黑木为帧直到第二天才得到第二师团被围的消息吃惊不已，他马上下令停止进攻虎山，转向救援第二师团。