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日军没有料到清军敢反击，一时间没能组织起防线，被第六旅冲破阵脚。第六旅顺势突入日军的阵中，但日军毕竟是数倍于第六旅的兵力，一旦第六旅陷入日军的重围，后果不堪设想。刘飞扬连忙让宋庆把清军都压过去，干脆一不做二不休，反攻了。
在阵前指挥的野津道贯面对清军的突然反攻，一时反应不及。第六旅很快就要冲到他的面前。野津道贯的卫队赶忙架起他，向后就跑。
日军对清军的反击，惊慌失措，又没有了指挥，纷乱的后退。第六旅一路突袭，清军跟在他们的后面追击日军，辽河东岸的日军溃不成军。
清军追了二十几里地，一路日军的大炮枪械丢的一地都是。日军进攻辽河西岸的第一师团和第八师团的一个旅团伤亡两千多人，被清军俘虏的有一千多。
辽河东岸的大溃败传在大榆岭和杨树沟，日军也只好赶紧撤退，否则就有被清军包围的危险。北路奥保巩率领的日军后撤到海城，南路的第七师团则紧跟着野津道贯退进了营口。
刘飞扬则让新军第二师和宋庆部前插至高坎，切断日军营口与海城的联系。但刘飞扬也无力去进攻有坚城防守的日军，而日军两部被断，大炮丢失殆尽，也不能对清军再攻击了，就这样两军暂时在辽东对峙。
······
12月22日，台湾水师从日本回到黄海，向威海海域寻日本联合舰队与之相战。
此时，把北洋水师堵在威海卫港内的日本联合舰队有四千吨级巡洋舰：吉野号、严岛号、桥立号；三千吨级的巡洋舰：高千穗号、秋津洲号、浪速号；两千吨级的驱逐舰：千代田号、比睿号。
台湾水师有：八千吨级装甲舰：定海舰；三千吨级巡洋舰：狂涛舰、巨涛舰；两千吨级的驱逐舰：一清舰、江清舰、山清舰、年清舰和一些炮艇、鱼雷艇。
应当说双方的实力差不太多，双方如果对战，胜败未可知，而且胜也只能是惨胜。但是威海之内还有北洋水师，如果能打开威海卫的出海口，把北洋水师接出来参战，那在实力上就日本联合舰队高出一大筹。
上午10时，台湾水师背着阳光，分成两队，以15节的航速从正东面和东北面趁日本联合舰队不知其到来，杀向日舰。
日本联合舰队此时还分散在威海卫出口的海域，日本的第二游击舰队在东面海域巡游，它是最先发台湾水师的战舰。为了给分散在海海域的联合舰队争取时间，第二游击舰队迎上台湾水师的第一舰队。
日本的第二游击舰队有高千穗号和比睿号组成，而台湾水师的第一舰队由定海舰、巨涛舰、江清舰、山清舰和炮一舰、炮二舰，及雷一艇、雷二艇组成。
10时23分，台湾水师和日本联合舰队间的海上决斗开始。战场态势对台湾水师十分有利，台湾水师不仅背对太阳而且被一层薄雾笼罩，而随风飘动的煤烟和和炮口硝烟的混合物更降低了台湾水师的能见度。
日本联合舰队事先未知台湾水师袭来，日本三舰队中实力最弱的第二游击舰队为拖延时间而迎战台湾水师第一舰队。
10时32分，定海舰首先开炮，接着巨涛舰等开炮。
10时38分，定海舰连续命中高千穗号两次，江清舰击中其一次；巨涛舰也命中比睿号两次，炮一舰命中其一次。而日本一发也未命中。
10时43分，定海舰再次击中高千穗号，使其一座炮塔失灵，定海舰此时已经完全侧射。
10时49分，定海舰又一次命中高千穗号，但也被命中一弹。
10时57分，比睿号被命中主炮塔，且主炮塔失灵。比睿号舰长樱井规矩之左右下令向弹药仓注水才得以避免弹药殉爆。
11时5分，林德风下令舰队提速。
11时9分，高千穗号右舷被江清舰用105mm主炮命中两次，失火不得不退出战斗，在撤离过程中前炮塔附近又被定海舰和炮二舰各命中一次，短时间后高千穗号发生大爆炸。其上的117名官兵随之沉入海底。
为了赢得时间，伤痕累累的比睿号进行鱼雷攻击，并且冲向巨涛舰。雷二艇立即上前，也向比睿号发射鱼雷两发，其中一发命比睿号。瞬间海水涌入比睿号，不堪重负的比睿号也缓缓的沉入海底。
日本第二游击舰队高千穗号和比睿号的沉没也为日本联合舰队赢得了时间，联合舰队得已集结。
11时56分，台湾水师与日本联合舰队的第一游击舰队和第三游击舰队在威海卫口外开战。
11时22分，巨涛舰与严岛号对射，双方互有命中，山清舰从射击秋津洲号转向射击严岛号并形成跨射。
11时31分，严岛号连续被山清舰的主炮击中，一发穿甲弹击穿侧舷，引发了弹药仓，发生一场可怕的爆炸。严岛号落水官兵在水中奋力的挣扎，但是很快他们就被漩涡吸入水下。在它后面的千代田号不得不转向躲避爆炸后形成的烟雾和碎片。
此时，从东北方向，台湾水师的第二舰队也加入战斗。他直扑桥立号，狂涛舰、一清舰、年清舰猛击桥立号。本与吉野号、秋津洲号合攻定海舰、江清舰的桥本号不得不向左转向，迎战狂涛舰、一清舰、年清舰······
······
当台湾水师第一舰队与日本第二游击舰队炮战时，在威海卫里的北洋水师即听到了炮声。北洋水师即判断是台湾水师来了，丁汝昌马上让北洋水师各舰升火起锚。
11时14分，北洋水师见威海出海口只有一艘日本浪速号还堵着。丁汝昌下令北洋水师由定远舰率领冲出威海港。
北洋水师鱼贯而出，只以一艘浪速号是挡不住的，浪速号奋力的射击了十来分钟，见北洋水师已冲出威海向它逼来，不得已只是转向后退。
11时46分，北洋水师也赶到台湾水师和日本联合舰队交战的海域。
此时，日本联合舰队在与台湾水师的交战中虽然没有战舰再沉没，但各舰都伤痕累累。而台湾水师的各舰也都有被命中，甚至炮一舰被吉野号主炮击中两次，船舱起火，炮一舰被迫弃船，不久炮一舰沉没。
当北洋水师加入战斗时，日本联合舰队司令伊东佑享见形势危急，只得下令各舰撤退。
但台湾水师和北洋水师紧追日舰，吉野号被北洋水师的致远舰和靖远致舰追上。两舰以主炮对吉野号的尾炮，在追击中，吉野号被命中轮机，吉野号失去动力。但吉野号并没升挂白旗投降而是继续开炮。致远舰发射鱼雷，击中吉野号，吉野号不久就沉没。
其它日舰在撤退时，亦受到攻击，秋津洲号被定海舰击中侧舷。船舱进水，航速下降，秋津洲号舰长上村彦之丞只能下令弃船，自沉了秋津洲号。
台湾水师追击了近一个小时，日本联合舰队只有桥立号、浪速号千代田号逃离了交战海域，退回日本。
此役，日本的严岛号、吉野号、高千穗号、秋津洲号、比睿号沉没，损失了三分之二战舰和吨位，日本联合舰队大败。