正当李鸿章和清廷设法和平解决中日争端之际，日本政府决心不惜采取一切手段，发动侵略中国的战争。7 月 25 日日本海军在朝鲜丰岛对中国海军进行突然袭击，挑起战端。7 月 27 日军机处上奏光绪，建议撤使：布告各国和对日宣战。与此同时，总署电询李鸿章关于撤使、布告各国的意见。第二天，李鸿章复电总署：
倭先开战，自应布告各国，俾众皆知衅非自我开，似宜将此案先后详细情节据实声叙。钧署拟稿必臻周妥，内属国一节，朝鲜与各国立约时，均声明在先，各国虽未明认，实已默许，可否于文内轻笔带叙，斯我先派兵非无名，后来各国调停议结亦暗伏其根。汪使应撤回，倭驻京使及各口领事应讽令自去，倭土货多赖华销，应檄行各关暂停日本通商。总署采纳李鸿章的建议，于 7 月 30 日照会各国公使。声明日本“悖理违法首先开衅”，“公论难容”。8 月 1 日光绪颁布宣战上谕。
从中日战争总体上看，日本采取战略进攻态势，清政府则处于战略防御地位。同日本政府精心策划、主动进攻相反，清政府是被迫应战，事前缺乏充分准备，事后也没有制定合乎实际的战略计划。不过，既然日本业已挑起战争，清政就不能不采取实际作战措施以应变。丰岛海战之后，清政府逐渐地建立起以京畿、奉天、平壤前线为重点的三位一休的战略防御体系。这个战略防御体系反映了清朝统治层的共同的战略思想。
平壤是朝鲜旧京，“实为朝鲜全境之中权，乃图朝鲜必争之地。”奉天是清廷陵寝宫阀所在，京轰的东部屏障，因而被视为“根本重地”。京畿是清朝的统治中心，日军的战略根本所指。因此，清政府从战争一开始就集中精力加强京畿、奉天和平壤的防线。这种防御体系，重在陆路，而忽视了与之休戚相关的争夺黄海、渤海制海权向题。当平壤、黄海大战之后，面对着”水陆两军新有挫失”、风传日军“图犯北京”、“谋袭沈阳”的严酷现实，李鸿章上疏说：“就目前事势而论，惟有严防渤海以固京畿之藩篱。力保沈阳以顾东省之根本，然后厚集兵力，再图大举，以为规复朝鲜之地。”李鸿章提出的战略防御计划，符合清廷故意愿，立即得到光绪的批准。此后，清政府基本上是依循这个战略计划来指导防务的，即使日本把军锋指向辽东和山东半岛、力图摧毁北洋海军基地、动摇渤海两翼钥形屏障之后，清政府也没有相应的变动防御重点，仍然坚持重沈阳、京畿而轻视辽东、山东半岛的作法，致使清军兵力布署出现了反常现象：敌锋未及的沈阳、京畿地区大军云集，游移于战场之外，而敌人主攻的地区兵力严重不足，寡不敌众。实践证明，这种战略计划是错误的。正确的作法，应以辽东和山东两个半岛为战略重点，控制渤海，拱卫沈阳和束畿。
清朝统治层虽然在战略恩想上并无二致，但是在战略防御中究竟应该采取什么方针的问题上却存在着明显的分歧。光绪倾向于积极防御，而李鸿章则坚持消极防御。光绪和李鸿章关于防御方针之争，主要表现在对北路援军和北洋舰队的指导上。
关于北路援军的进止，光绪在发布宣战上谕的第二天，就命令李鸿章“迅速电催，星夜前进，直抵汉城，与叶志超合力夹击，以期迅奏肤功”。第三天又指示李鸿章“加电迅催”，“一俟诸军齐到，即可合力驱逐倭寇，以解汉城之围。”光绪的意图是北路援军应取攻势，直趋汉城，与叶志超军合力夹击日寇。当时在朝日寇兵力尚单，加之朝鲜官民的支持，清军南北夹击，扭转战局是可能的。但是李鸿章却不以为然，他知道朝鲜是个半岛，担心日本利用海军优势，截断北路援军后路。8 月 5 日他致电卫汝贵说：“日兵船赴大同江，意在截我后路。汝等队初到，必须先据形胜，坚扎营垒，勿为所乘；确探前路敌情，俟全队到齐，再相机进止。但平壤要地，宜会商何军留守，方可前进。”8 月 11 日卫汝贵等提出“先定守局，再图进取，稳扎稳打，庶进退裕如”的方针，李鸿章据以电告总署，井作了“查布置情形，尚属周密”的评语。8 月 16 日光绪指示李鸿章“电饬各统将，筹商妥协，迅速进兵：一面并将布置后路情形复奏。”第二天，李鸿章请总署代奏：“目前只能坚扎平壤，扼据形胜，俟各营到齐，后路布妥，始可相机进取。”光绪认为这是一种“株守以待”的方针，势必造成“坐失事机”的恶果，因而接连严令李鸿章命平壤前敌各军迅图进剿，先发制人。然而，李鸿章却坚持己见，拒不遵旨。8 月 25 日光绪根据李鸿章的提议，任命败军之将叶志超总统平壤各军，“命其督率诸军，相机进剿。”叶志超始则提出“必俟兵齐，秋收后始能协力前进”；继而声称“陆军劳费万端，必有四万余人，厚集兵力，分布前敌后路，庶可无虞。”李鸿章对前者褒以“自系老成之见”，对后者则未置可否。光绪览奏，“殊深疑闷”，特于 9 月 4日严令李鸿章对“所言分布进剿机宜”，“妥筹具奏”，“不得以兵未全到，束手以待敌人之攻”，并警告他“慎毋稍涉大意，致有疏虞，自干咎戾也。懔之！慎之！”就这样，一个要“先发制人”，一个坚持“株守以待”，争论不休。光绪“屡促进剿，而李鸿章总以兵力不敷为言”，致使日本得以乘机加紧备战，“密为布置， 修治台垒，造置铁路，守御益固，攻取益难。”李鸿章坚持“株守以待”的消极防御方针，使清军失掉了主动出击的有利时机， 导致平壤战役的失败。
关于北洋舰队的作战方针，光绪与李鸿章的分歧，也集中在积极还是消极防御上。
丰岛海战之后，李鸿章一面电告清廷有关战况，一面命令丁汝昌“统带铁快各船，驰赴朝鲜洋面，相机迎击。”在不到二十天时间里，丁汝昌曾奉命三次赴朝鲜洋面梭巡。8 月 3 日光绪质问李鸿章：“前据电称，丁汝昌寻倭船不遇，折回威海卫，布置防务。威海避处东境，并非敌锋所指，究竟有何措置？抑藉此为藏身之固？”并令李鸿章察看丁汝昌“有无畏葸纵寇情事”。李鸿章一面为丁汝昌辩解，一面电示丁汝昌：“参折甚多，谕旨极严、汝当振刷精神，训励将士，放胆出力。”8 月 13 日李鸿章鉴于日本海军“乘虚往来威海、旅顺肆扰，各处告警”，并有赴山海关、秦皇岛截夺铁路之谣，因而责令丁汝昌：“此正海军将士拼命出头之日，务即跟踪，尽力剿洗，肃清洋面为要，不可偷懒畏葸干咎。”然而，一纸电令，并未能改变丁氏的“偷懒畏葸”。当时光绪“屡催设法接济”牙山叶志超军。据说光绪“深怒海军不能救援叶军，诘责庆邸，掷碎茶碗，谓丁汝昌不能战，糜费许多饷何益？”由于丁汝昌“气馁”，“海军胆怯”，“水路无从接济”，叶志超军面临覆没的危险。于是，李鸿章电令叶志超向东边汉江上游水浅处觅间道北移。
当时日本海军声东击西，经常窜到威海、旅顺等处“施放空炮，旋即远网”。8 月 23 日光绪判断日舰“难保不乘我之懈，再来猛扑”，于是指示丁汝昌将北洋舰队的防御重点从朝鲜洋面转移到威海、烟台、旅顺和大连湾等处，扼守“北洋要隘，大沽门户”。光绪的主张同李鸿章的想法颇为相似。8月 29 日李鸿章上书光绪，建议采取“保船制敌之方”。他认为中国“今日海军力量，以之攻人则不足，以之自守尚有余。”中国“快船不敌”日本，倘与日本“驰逐大洋，胜负实未可知，万一挫失，即赶紧设法添购，亦不济急”。他主张中国海军不必与日本海军“拼击”，“但令游戈渤海内外，作猛虎在山之势”，日本“尚畏我铁舰，不敢轻与争锋。”这样不仅北洋门户“恃以无虞”，而且威海与朝鲜仁川—水相望，日本因担心中国海军东渡袭其陆军后路，就不敢让其海军舰队全部驶寓仁川进犯中国各口。8 月 31 日光绪肯定了李鸿章的“严防威旅门户，为保船制敌之计”。
光绪与李鸿章的一致之处，是放弃争夺黄海制海权，严防威旅门户，保船制敌。这就既使援朝陆军陷于孤立，又把战火引进北洋沿岸，显然是一太失策。英国人格伦指出：“中国于开战之初，已不以海军争夺制海权，徒造屈服失败之因，自身承诺将战地置于中国沿岸，岂不怪哉！”
光绪与李鸿章之间的分歧，则在于是否“相机迎击，以期力挫敌锋”。黄海战后，由于李鸿章处处迁就丁汝昌，致使这种分歧更加突出。9 月 29 日光绪根据赫德的“倭兵三队来华，头队指黄海”的消息，谕令李鸿章：“威、旅及内海各口防务十分紧急，海军修补之船须赶紧准备护口迎敌”。10 月 2—13 日间，李鸿章多次指示丁汝昌：率定、镇等舰“出巡威湾旅一带”。10月 17 日丁汝昌虽然率舰出巡，但却从旅顺驰向威海，一呆就是十天。在此期间，日舰护送陆军在辽东半岛花园口登陆。李鸿章获悉后，立即电令丁汝昌酌带数船驰往旅湾游戈。丁汝昌重施故技，从威海径直驶入旅顺，泊锚不动。当日军进逼金州，旅防万分危急之时，光绪电令丁汝昌率舰前往皮子窝设法雕剿，断其后路接济。然而，丁汝昌拒不应命，并逃离旅顺，返回威侮。李鸿章既声称断日军后路接济，“力固不能”；又对丁汝昌率舰“仓皇出走”避匿威海之举不予深究。11 月 9 日李鸿章电令丁汝昌带舰来津“面商往旅拚战、渡兵、运粮械接济”问题。丁汝昌遵命赴津，与李鸿章、汉纳根面商。12 日李鸿章报告总署说：“丁汝昌拟即率六舰由津赴口外巡徼，遇敌即击，相撞即攻。”但“若令护送运船，适以资敌”。在这一点上，与汉纳根的意见相同。当天，丁汝昌率舰“赴旅顺口探巡”，不过只在旅顺口外待了几个小时，就匆匆退入威海，坐视旅顺陷落而不救。旅顺失守，威海吃紧，李鸿章断定“湾旅敌船必来窥扑”，便于 11 月 27 日电令丁汝昌有警时“应率船出傍台炮线内合击，不得出大洋浪战，致有损失。”光绪的看法略有不同。他深知“海军战舰数已无多，岂可稍有疏失？若遇敌船逼近，株守口内，转致进退不得自由”，因而要李鸿章设法调度，相机迎击，以免坐困。李鸿章当即责令丁汝昌妥筹电复。1895 年 1 月 16 日丁汝昌指出：若“水师力强，无难远近迎剿。今则战舰无多，惟有依辅炮台，以收夹击之效。”李鸿章认为丁汝昌“所拟水陆相依办法，似尚周到”，请总署代奏。光绪经过慎重考虑，在 21—23 日三天之内连下三谕，既批准李氏之议，说海军战舰必须设法保全，“前据李鸿章电奏，预筹水陆相依之法，尚属详悉”，又反对坐守待敌，要求李氏迅速筹办“应如何相机合力出击之处”。
李鸿章遵旨电示丁汝昌：“若水师至力不能支时，不如出海拚战，即战不胜，或能留铁舰等退往烟台。”但是，丁汝昌却认为：“海军如败，万无退烟之理，惟有船没人尽而已。旨屡催出口决战，惟出则陆军将士心寒，大局更难设想。”1 月 24 日李鸿章答复说：“汝既定见，只有相机妥办。廷旨及岘帅均望保全铁，舰，能设法保全尤妙。”由此可见，光绪希望“保全铁舰”，并“屡催出口决战”。李鸿章虽然不无赞许之意，但当丁汝昌坚主“避战保舰”时，却又往往采取迁就态度，结果导致威海陷落，舰队覆没。
随着战事的节节失利，清朝统治层里的明争暗斗日趋激烈。帝党决意削弱后党，设法迫使慈禧重新起用闲置十年的恭亲王奕訢，擢升翁同龢、李鸿藻为军机大臣。然而事与愿违，奕訢因“年已老，又叠经废置”，锐气尽销，因循苟且，并没存成为帝党的帮手，反而支持了后党的求和活动。翁同盒龢、李鸿藻虽然跻身枢府，但却无力改变后党把持“权而要”的军机处的局面。帝党在要求起用奕訢、提拔翁、李的同时，竭力“摧析”为后党所倚重的李鸿章。他们深知要想增强权势，坚持抗战，就必须更易将帅，夺取军权。“将不易，帅不易，何论其它？”
1894 年 8 月，志锐、文廷式等先后上疏弹劾李鸿章衰病昏庸，贻误大局，请求另行简派重臣至津誓师。军机处以为不可，驳之曰：“环顾盈庭”，“无人可代此任者。所奏毋庸置议。”9 月翁同龢、李鸿藻利用平壤之败，主张对李鸿章一要“严议”，二要“拔三眼花翎，褫黄马褂”。光绪虽然将所谓“严议”束之高阁，但却给予李鸿章以“拔去三眼花翎，褫去黄马褂”的处分。这是帝党对李鸿章的一次小小打击，也是后党为了缓和民愤而勉强吞下的一个苦果。李鸿章获谴后，上疏抗辩，声称平壤之败，系由众寡不敌，器械相悬，“并非战阵之不力”。他抱怨说：“以北洋一隅之力，搏倭人全国之师”，岂能决胜疆场.他还委婉地批评了弥漫于统治层中的轻敌和速胜思想，恳请光绪“主持大计，不存轻敌之心”，多筹巨饷，多练精兵，内外同心，南北合势，进行持久战。10 月，丁立钧、张謇等分别上疏“请罪李鸿章”。张謇抨击李鸿章“非特败战，并且败和”，恳请“另简重臣，以战定和”。张謇此折“当日流沫传诵”，据说李鸿章看后，还击节赞之为“笔意矫健”。
“时人吴汝纶看出“中国士夫”“唾骂”李鸿章，系“由政府扬其焰，而后进之士闻声和之。”这里所说的“政府”，显然是指光绪、翁同龢等而言。李鸿章对于来自“政府”和“士夫”的攻击，深恶而痛绝之。11 月他借洋人之口，进行全面反驳。他的顾问、美国人毕德格在美国休假期满返回中国途经日本时，曾与日本外务省官员谈论中日战事。李鸿章特地把他们谈话“节略”呈报清廷。
据“节略”记载：
日本官员：“中国皇上以及枢府是否仍以李中堂为可靠， 信任无疑？”
毕德格：“李中堂勋业冠绝，近今平日复极忠诚恭顺，虽有震主之功，不改忠君之志。故朝廷倚畀极隆，频颁异数， 现方督师，此岂非皇上信任不疑之据！”
日本官员：“李中堂督师无功，朝廷积渐生疑，一切恩赏势必尽行夺回。”
毕德格：“李中堂惟有尽其力之所能为而已。中国素不以与外国战争为事，其兵皆散布各省，由各督抚主政，兵部堂官并无调度会合之权。兵散则力分，故不能与外国争锋，日本改用西法，陆军、海军皆归部臣节制，故能通力合作，积健为雄。此中东之所以异也。言官见东胜而中负，乃任情诬调，归咎于李中堂一人，此等言官以捕风捉影之谈，冀动朝廷之听，而恩自坏其长城，其害中国较之敌人而更甚，殊为可哀之至。试问朝廷不用李中堂，更有何人足与东洋抗手乎？”
日本官员：“中国如罢斥李中堂，我等军务更易成功矣。”所谓“有震主之功，不改忠君之志”，言官“任情诬誷”“自坏其长城”，“朝廷不用李中堂，更有何人足与东洋抗手”云云，都是李鸿章所欲言而未敢吐露者，既反映了他的心声，又增加了对清廷的压力。他甚至不惜借助日本官员之口警告清廷：“中国如罢斥李中堂，我等军务更易成功矣。”
当然，帝党并没有被压服，反而倡议募湘勇以制淮军，选派爵势相当的亲信大员为钦差大臣以分李鸿章之权。12 月，光绪特授湘系首领、两江总督刘坤一为钦差大臣，节制关内外各军，专办故事。文廷式奏请饬令刘坤一驻扎天津，“整饬军务”，“以制僵蹇之疆臣”，“以驭骄惰之将领”，翌年 1 月，光绪任命王文韶为帮办北洋事务大臣。但是，后来事实证明，湘军犹如淮军，刘坤一、王文韶也并非是安邦定国之才。文廷式失望他说：“刘坤一驻山海关，一日伪言倭兵至，坤一惧而三徙，其怯谬如此。举国望湘军若岁，至是乃知其不足恃。”
帝党不仅直接攻击李鸿章，，而且还把矛头对准李鸿章的两个亲信，即北洋海军提督丁汝昌和“东方赘婿”张佩纶。帝党指责丁汝昌“畏缩贻误”，企图以徐建寅代替丁汝昌，夺取北洋海军的控制权，李鸿章“始终出死力”庇护丁汝昌，说“海军人才无出其右”，“从古立大功者类皆谤书盈筐”。帝党虽然没能搞掉丁汝昌，但却把张佩纶“驱令”回籍。张佩纶因马江战败，夺职遣戌三载。1888 年戍满释回，李鸿章把爱女菊耦许配给他为妻。当时菊耦甫逾二十，而佩纶已满四旬，且系三娶。李鸿章颇为得意，声称“老年得此，深惬素怀”。李鸿章择婿佩纶，意在用其长才，并藉其疏通李鸿藻。佩纶以“北学大师”、清流“四谏”之一而“作东方赘婿”，颇受时人讥评。梁鼎芬有诗云：“蒉斋学书未学战，战败逍遥走洞房”。“见者皆为之失笑”。佩纶就婚李氏后，住在北洋节署，一面“安神闺房，陶情诗酒“；一面干预督署公事，群相侧目。张佩纶被“驱令回籍”后，李鸿章黯然神伤，并上“辨疏”，遭到斥责。
帝党采取的种种措施，目的都在于倒李，削弱后党权势，敏锐的吴汝纶，洞若观火，暗中对密友说：“朝中不信李相，颇有意摧折之，幸大后尚倚重耳。然军事棘手，君臣之间亦在危疑。”用“危疑”来形容光绪与李鸿章的关系，说明统治层中矛盾的复杂而又微妙。当然，光绪“摧折”李鸿章，没有慈禧的默许是不可能的。慈禧不同于光绪之处，就在于她对李鸿章“倚重”大于“摧折”。据翁同龢日记载，有一次慈禧接见军机大臣，谈到中日战事，“斥李相贻误，而深虑淮军难驭，以为暂不可动。”世铎、李鸿藻“颇赞此论”。慈禧还愤愤地表示：“言者杂邃，事定当将此辈整顿。”慈禧既深虑淮军难驭，而不敢罢斥李鸿章，又痛恨言官喧嚣，决意在中日战后加以整顿。