2月6日下午，日本联合舰队又对刘公岛发动了第四次海上进攻。日本陆军预先在威海北岸（南岸）架设快炮，与其舰队配合，夹攻刘公岛及中国军舰。此时，北洋舰队已有四舰中雷，特别是其中定远、来远两艘战舰，一搁浅、一沉没，确实是严重的损失。而对日军的攻势，北洋舰队努力抗御，丁汝昌一面命靖远、济远、平远、广丙四舰与黄岛炮台配合，向北岸回击；一面命其余各舰与刘公岛、日岛各台配合，以封锁威海南、北两口。日本联合舰队还是被击退。

2月7日，伊东祐亨又下令对刘公岛发动了第五次进攻。北洋舰队与刘公岛炮台、日岛炮台相互配合，开炮抗御。这时，接受丁汝昌攻击命令的清军全部13艘鱼雷艇趁此机会逃跑，结果，只有1艘成功逃到烟台，其他不是被日舰击沉就是被日舰俘获。而日岛火炮和弹药库则被日军炮火击毁。当晚，一批护岛清军齐聚海军公所门前，跪求丁汝昌给条生路。岛上，伤兵无数，可是药品奇缺，在没有麻醉药的情况下，为了活着也要不断的对伤兵进行截肢手术，你不必去看那堆得越来越高的残断手足，光听那不歇耳的惨叫声都受不了。丁汝昌赶紧极力安抚。

2月8日，日本联合舰队在威海卫口外警戒，以防北洋舰队遁逸，并“时或开炮挑战”。当晚，日军再次破坏威海南口的拦坝，用火药炸开了大约有四百公尺长的口子。原来是用斧头偷偷的干，现在不需要了，直接炸。当晚8时，近千名炮台清朝官兵和岛上老百姓又聚集在海军公所门前，“给条活路吧”“我们不想就这么死啊”“都没希望还他妈的折腾什么呀”“我们都被朝廷放弃了，我们还替朝廷卖个狗屁命啊”“你想当英雄你自己去死好了，干嘛扯上大家呀”。当然，更少不了服役的外国洋员的搀和：“投降吧，打不过就投降，这是很正常的事”“你们中国话：识时务者为俊杰，你得识时务啊”“当初你死活不打，现在你打就是死，还打个什么劲啊。”丁汝昌凭借自己多年来想着手下念着手下顾及手下照顾手下积攒下来的名声和威望，许下了诺言暂时平息住了骚乱：我丁汝昌拍胸脯保证，我们只要再坚持三四天，援军就会到来，到时候，我们水路夹击，就会转败为胜，届时我们都是功臣，我们的儿孙都会得到朝廷的厚遇。我保证，我保证。如果十七号（11日）援军还不来，我丁汝昌自会给大家留条生路。骚乱平息后，丁汝昌立即派密使偷渡威海，从旱路潜往烟台求援。

2月9日，元宵节，日本联合舰队又发动了第六次海上进攻。上午八时，日本第一游击队吉野、高千穗、秋津洲三舰，及本队千代田舰，在威海卫南口海面警戒。第三游击队天龙、大和、武藏、海门四舰在前，葛城为殿舰，驶近刘公岛东泓炮台，“纵横左右行驶，猛烈射击”。“葛城最力战，清兵亦善拒。”十点钟时，日本第二游击队扶桑、比睿、金刚、高雄四舰，加入战斗。南岸三台也“共戮力轰发”。 日军还在北岸架起十二门大炮，向刘公岛排轰。“北岸皆子母弹，纷如雨下；南岸皆大炮开花子、钢子”，“岛舰共伤亡一百余人”。然刘公岛各炮台仍奋力还击，“击毁鹿角嘴大炮一尊”，“击伤倭两舰”。丁汝昌亲登靖远舰，率平远及炮舰至日岛附近，与敌拚战。战至中午时，鹿角嘴炮台发射的两颗炮弹命中靖远，“左舷破了，炮弹穿过了铁甲板，又穿过了右舷船首，于是船头先沉了下去。”“弁勇中弹者血肉横飞入海。”丁汝昌正在督战，舰沉之时与靖远管带叶祖珪“意与船俱沉，乃被在船水手拥上小轮船”。他被抢救上岸后，涕泪横流：老天爷呀，你不开眼啊，你得不让我直接战死算了呀！（“天使我不获阵殁也！）当天下午，丁汝昌、刘步蟾下令炸毁已然搁浅的定远舰。当晚，定远舰管带刘步蟾服毒自杀，年仅44岁。同一时刻，丁汝昌派出的密使历经九死一生，终于抵达了烟台。

2月10日，伊东祐亨命令严岛作为哨舰到威海卫海面，整日执行警戒任务，其他各舰皆补充煤炭，做11日进攻前的准备。与此同时，刘公岛水陆营务处提调牛昶炳与洋员浩威、马格禄等人秘密商定投降，鼓动士兵、水勇挟持着北洋护军统领张文宣到旗舰逼迫丁汝昌投降。丁汝昌死活不同意：你们要杀我那你们现在就杀好了，我岂能吝惜一身？弄得这些人悻悻而归，但也不再听从丁汝昌的命令了。据时人回忆，丁汝昌整天大部分时间望着威海陆地方向，眼睛瞪得如同铜铃一般。

2月11日，伊东令第三游击队再次向刘公岛炮击。这是日军发动的第七次海上进攻。上午九时，第三游击队葛城、大和、武藏、天龙四舰进迫威海卫南口，向刘公岛连连炮击。南岸三台“亦发大炮，火势甚猛。清兵不屈，连日连夜，疲困亦极，力击诸舰及东(南)口三炮台。”日葛城舰首先中弹，“操作前部回旋炮的一号炮手的头部、手臂及左腿，皆被弹片击中，当即死亡。”另有六人受伤。天龙舰副舰长中野信阳正在舰桥右舷发令时，一颗炮弹飞来击中左舷，弹丸纷飞，“打断中野副舰长一条腿，腿留在舰桥上，而身体则飞入海中。弹片飞入机舱，机械士高野泰吉等五人负伤。不久，“大和舰舰桥的机关炮也被打坏。”于是，伊东又令第二游击队进行支援，日军水陆夹击，炮火更趋猛烈。在激战中，刘公岛东泓炮台为鹿角嘴炮台击中，两门二十四公分口径克虏伯大炮被毁，守军撤出炮台，港内诸舰在四面八方的炮弹轰击下，难以抵御，只得“悉集港西”，躲避一时。入夜以后，伊东还令浪速、秋津洲二舰驶往威海卫北口，继续炮击不已。深夜，海公所门前拥满了等待消息的军民。来自烟台的回复密信，丁汝昌已经知道了。山东巡抚李秉衡7日就带着绝大部分山东军队逃去莱州了，陆路增援已经彻底没有希望了。军事会议也召开了，突围的建议被手下的官员和洋员集体否决了，下达毁船的指令也没有人肯执行了。一切都完事了。一切都完了！投降，只有投降，哈哈哈哈哈哈哈哈哈……12日凌晨4时，丁汝昌服下了大量的鸦片烟，晨7时，备受折磨的丁汝昌终于咽下了最后一口气。终年59岁。随同的，还有几位将领，有北洋护军统领张文宣、镇远代理管带杨用霖等人。

2月12日早八时三十分，北洋海军挂出了白旗，投降。

2月14日，牛昶昞与伊东祐亨共同签订《威海降约》。

2月16日上午9时，“广丙”舰管带程璧光乘“康济”来到日方旗舰“松岛”，缴出威海卫海陆投降军官及洋员名册和兵勇军属统计表，以及不再参与对日作战的宣誓书。共计投降5124人，其中陆军2040人，海军3014人。