四次反攻海城失败后，中日两军又在大平山展开激战，日军在付出伤亡四百多人的重大代价后，最终占领了大平山。由此，日军展开了辽南战役，准备夺取牛庄和营口。（这两地本是列强在中国东北地区的重要通商口岸，1858年的《天津条约》本规定开放牛庄通商，后改为营口）。
三月四日，一万多日军猛攻牛庄，魏光焘的武威军和李光久的老湘军五千多人奋死抵抗并展开巷战，在杀伤大量日军后撤出，牛庄被占领。三月七日，日军又趁势攻占了营口。
日军占领营口后，随即开始了田庄台之役，这是本次战争中的最后一战，也是规模最大的一次陆战。田庄台位于营口北面，既是辽河下游的重要水陆码头，也是通向锦州、山海关的必经之路，当地有居民两万多人。清军当时集结了关外的所有精锐兵力，合计七十营二万余人，作最后一搏。
日军也动用了主力部队两万人，在优势炮火的支持下，攻破清军防线后突入市区。日军司令野津道贯鉴于牛庄巷战的教训，下令将田庄台纵火烧毁。当夜，西北风呼呼的猛刮，劲风卷着雪花，大火整整烧了一夜。到第二天早上，这座原本繁华的市镇被化为一片焦土，众多田庄台的居民和未撤退的清军，也都葬身火海。
由此，辽南所有城镇要塞，都已被日军占领，大清帝国的湘淮诸军，锐气尽丧，已无心再战。这时，朝廷中的主战派个个缄口不言，小皇帝光绪召见军机大臣讨论战事，“问诸臣，时事如此，战和皆无可恃，言及宗社，声泪并发”。由于害怕日军继续进军，清廷无奈之下，只能选择屈膝求和。
这时，美使函告李鸿章，转告日本来电说：“中国除非先偿兵费，并允许朝鲜自主外，若无商让地土及画押全权，则使臣可无庸前往”。
三月十四日，迎着萧萧细雨，李鸿章受命从天津起程，带着儿子李经方（曾任驻日本大臣，有一日本妻子）、马建忠、伍廷芳等人，驰往东洋岛国。三月十九日，李鸿章一行人抵达日本马关（今山口县下关市），到后次日，即以春帆楼为会议所，互勘敕书开始谈判，日本方首相伊藤博文和外务大臣陆奥宗光等人都亲自参加谈判。
春帆楼里修葺一新，地上铺着华丽的地毯，日方准备非常充分。双方见面寒暄完毕后，李鸿章说：“你我东亚两国，最为邻近，同文同种，今暂时相争，总以永好为事。如寻仇不已，则有害于华者，也未必于有益贵国也。试观欧洲各国，练兵虽强，不轻起衅，我中东既在同洲，亦当效法欧洲。如我两国使臣彼此深知此意，应力维亚洲大局，永结和好，庶我亚洲黄种之民，不为欧洲白种之民所侵蚀。”
伊藤博文想起十年前李鸿章在天津趾高气扬、自己忍气吞声的受辱经过，心中冷笑，表面却说：“十年前在天津时，敝人曾向中堂进言，贵国之现状，实有改进之必要。但尔后贵国晏然依旧，不图改进，以至今日，实深感遗憾。”
李鸿章叹道：“我国之事，囿于习俗，未能如愿以偿。今转瞬十年，依然如故，本大臣自惭心有余力不足。贵国兵将，悉照西法训练，甚精；各项政治，日新月盛。此次本大臣进京与士大夫谈论，也深知我国必须改变方能自立。”
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