背景
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日本明治政府自19世纪70年代起，组建欧洲式军队，侵犯台湾，吞并琉球群岛，并伺机侵略朝鲜和进一步侵犯中国。1894年6月 ，朝鲜政府请求中国协助镇压东学党起义，清政府即派兵赴朝，进驻牙山。日本借机也出兵朝鲜。不久，朝鲜政府同东学党达成妥协。清政府命入朝军队集结牙山，准备撤回，同时要求日本撤军。日本拒不接受，随后挑起武装冲突，企图以武力控制朝鲜。清政府为增援牙山孤军，派北洋海军巡洋舰“济远”、“广乙”，练船“威远”，炮船“操江”，由“济远”管带方伯谦率领，护送运载援兵的“爱仁”、“飞鲸”、“高陞”三轮（均为雇用的英国商船）赴朝。
开端
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「濟遠」(管带：方伯谦）和「廣乙」（管带：林国祥）兩艘清朝軍艦1894年7月23日抵达朝鮮牙山，掩护运送清軍的运兵船在牙山登陸後，7月25日拂晓離牙山返航，在朝鮮豐島海面，遇上日本聯合艦隊第一游擊隊「吉野」、「浪速」及「秋津洲」這三艘以高航速和高射速為特徵的軍艦。（這三艘軍艦在後來黃海海戰中重創北洋艦隊，立下頭功）
根据《近世帝国海军史要》描述，此前，日本联合舰队第一游击队“吉野”、“浪速”、“秋津洲”三舰在前一日，即7月24日下午离开主力舰队，并计划在7月25日清晨，在丰岛海面与通报舰“八重山”舰及旧式巡洋舰“武藏”舰会合。但是并没有如期发现上述二舰。在搜索二舰的时候，约上午6时间许，发现了两缕烟柱，即从牙山归航的“济远”舰和“广乙”舰。第一游击队加大航速向二舰接近。
交战
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1894年7月25日7时20分许，第一游擊隊与「濟遠」和「廣乙」兩艦互相发现，双方即时下达战斗准备命令。第一游击队航行于狭水道，于战斗不利，便南下诱敌至宽阔水面。7时45分许，第一游擊隊旗艦「吉野」首先開砲，一说在双方距离3000米时，“济远”舰首先开炮。甲午戰爭交战开始，清朝认为日本不宣而战。7时52分，中國軍艦隨後還擊，兩軍展開激烈砲戰。日本军舰在吨位、火炮、尤其是射速方面，较清朝军舰占较大优势。「济远」号开战几分钟后即开始向西逃亡。福建船政局自製砲艦「廣乙」冲入日本舰队中，利用硝烟和薄雾掩护，企图向日本军舰发射鱼雷。但在「秋津洲」舰、「浪速」舰压倒性的火力打击下受重傷，船身傾斜，人员伤亡惨重。於是航向海岸方向退出戰鬥，在朝鮮十八島附近擱淺，縱火自焚。「濟遠」艦傷亡亦慘重（當時管帶方伯謙與大副沈壽昌皆在艦橋上指揮，沈氏被日軍擊中，腦漿迸裂、血染方氏衣裳，二副柯建章腹部亦被日軍砲彈貫穿，船政学堂见习军官黄承勋被炸断一臂，足見戰鬥之慘烈）。
8时10分日艦以時速22.5節的「吉野」舰、「浪速」舰窮追「濟遠」艦不捨，「濟遠」艦藉机西撤，並發尾砲攻擊「吉野」舰。8时30分，「濟遠」舰全速向西撤退。日舰猛追。「濟遠」舰降下龙旗，悬起白旗以示投降。日舰追近，「濟遠」舰又加挂日本海军旗以示投降。「浪速」艦发出信号勒令「濟遠」艦立即停輪。
此時，載有第二波増援朝鮮清軍並懸掛英國國旗的英国「高陞」號商輪和滿載軍械的「操江」艦先后駛來。“高陞”号当时是由英国船长高惠悌受清政府特许航行，船上有多名西方顾问和船员。「濟遠」艦此時雖然已經示降，但是卻沒有停輪反而繼續撤退，違背投降原則。第一游击队中留下「浪速」艦攔截「高陞」號，以「秋津洲」艦攔截「操江」艦。「吉野」舰独自追击「濟遠」艦。
12时38分，「吉野」舰渐次逼近“济远”。游击队司令官坪井航三少将命令停止追击。
9时15分，「浪速」艦发出信号勒令「高陞」號停轮、下锚，以備“浪速”舰派出军官登船检查，命令“高陞”號跟随“浪速”艦行驶，意在俘虏“高陞”號。英国船长高惠悌抗议無效后表示服从。此後，“浪速”舰再次命令“高升”號立刻跟随其行驶。“高陞”号上的清軍官兵发觉并阻止了英国船员的行动，并愤怒地宣布誓死不降。之后，清军官兵将英方船长高惠悌看守了起来。船长高惠悌要求发信号再与“浪速”舰交涉，内容是以未知宣战为名，争取將船駛回大連或旅順。“浪速”舰再次派员交涉，但对“高陞”號的要求未予允诺。交涉结束后，“浪速”舰发出“船员离舰”的警告。清军官兵不允许任何人离开“高陞”号。船长高惠悌要求“浪速”舰再派出小船。“浪速”舰予以拒绝，并且升起代表攻击的红旗。英国船长和其他西方人士随即跳船。清军认为洋员係临阵脱逃，开枪射击西方人士。而日军则旋即發炮進攻，清軍亦據船以步槍迎敵。[2]:680-681
下午1时，「高陞」號被「浪速」艦擊沉，此時，西方船员与清军官兵多数落水，據「高陞」號生還西方船員証言,日軍派出小艇打捞落水者[1][3]，而待在船体上的清兵則向包括清兵的落水者开枪，说是要同生共死。日方向落水者開槍一事被認為是德国顾问的错誤证言。[4]清军官兵两人被俘，其余皆被射死或溺亡，殉难者达七百余名。英国船長高惠悌和两位西方船员被日方挽救。德国顾问汉纳根少校游到岸边。下午2时，「操江」艦被「秋津洲」舰俘虜。
结果
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「濟遠」舰驶抵威海，在《航海日志》中捏造战果：“船后台开四炮，皆中其要处，击死倭提督并官弁数十人，彼知难以抵御，故挂我国龙旗而奔”，并篡改海战时间，掩盖事实。而後丁汝昌誤報「濟遠」艦擊沉「吉野」號。[5]
但事实上，清朝方面，巡洋舰“广乙”重伤自毁，租用货船“高陞”被击沉，巡洋舰“济远”被重创。炮舰“操江”被日方俘获，并一直利用到1965年。
1894年7月28日夜，日本陸軍進攻牙山清軍，發生激戰，清軍不支，退向平壤。8月1日，中日雙方正式宣戰。