大连、旅顺失陷后，中日双方就开始了媾和交涉。日本向美国驻日公使谭恩表示，日本不反对与中国媾和。清政府则通过美国驻华公使田贝向东京提出，愿以承认朝鲜独立和赔偿军费两项作为媾和条件。日本拒绝了中国提出的媾和条件，但表示若中国派出正式资格的全权大臣则宣布媾和条件。1894年12月20日，清政府正式通知日本政府，决定派户部左侍郎张荫桓、湖南巡抚邵友濂为全权大臣，赴日媾和。26日，日本政府经美国驻日、中两国公使电告清政府，谈判地点定在广岛，至于停战条件则“须在两国全权委员会商后，始能明言”。1895年1月26日，张荫桓、邵友濂一行从上海起程，前美国国务卿科士达则以私人身份充任清方全权大臣的顾问，提前于21日到达日本。日本政府于1月27日召集御前会议，确立了以“朝鲜独立、割让土地、赔偿军费及帝国臣民在中国通商航海之利益等问题为重点”的媾和条约方案。31日，又任命内阁总理大臣伊藤博文、外务大臣陆奥宗光为全权代表。伊藤博文认为媾和时机尚不成熟，不能过早暴露日本政府的媾和条件，以免引起其他列强的干涉，便与陆奥宗光密议后，决定俟张荫桓一行到达日本后，“第一步先查阅他们携带的全权委任状的形式如何，如有不符国际公法一般惯例的规定，在未进入正式媾和谈判之前，即拒绝与之继续谈判，宣布此次谈判失败。这样，就可在不暴露我国媾和条件下使谈判决裂。他日中国如果真心悔悟，重派具有位高资深的全权大臣时，再与之会商，也决不为迟。”1月31日，张、邵一行抵达广岛，次日上午11时，中日两国全权大臣会晤于广岛县厅，双方交换敕书。陆奥将事先准备好的备忘录交与中国使臣，声称日本代表有缔结和约之全权，质问中国使臣是否有缔结和约之全权。2月2日，中国使臣复函日方称：“本大臣等所奉敕书，已于会议时互易恭阅，是明授以商议条款便宜画诺之权。和议一成，即可电请大皇帝俞允，约期签字，带归敝国，恭呈御览，再相调换。”但日方成心拒绝谈判，不听中方任何解释，一口咬定中国使臣“全权不足”。伊藤当场宣读预先拟好的英文说帖，声称：“中国派贵大臣，此来商办何事，敕书内并未载明。又无定约画押之权，亦无定约后批准之语。是贵大臣仅有将所商何事报明国家之权而已，本大臣断难与议。……中国不论何事，果有诚心讲和，所派大臣确有切实全权字据，其声名位望足将所议各款决能批准，本国仍可与之商议。”

当中国使臣退出会场后，伊藤博文特将中方头等参赞宫伍廷芳留下，托其向李鸿章致意。次日，伍廷芳奉命前往伊藤处递交公文，伊藤明确向伍廷芳提出，媾和条件须中国“派大员果有切实全权方可说出。贵国何不添派恭亲王奕诉或李中堂同来会议，郑重其事?”又威胁说：“现在兵攻威海卫，南边一带已得，但海面及刘公岛炮台现尚鏖战，胜负未分，大约指日可全取。军情万变，时刻不同，旱和为宜。”这充分表明，此时日本之所以拒绝谈判，就是要待日军攻占刘公岛并全歼北洋舰队后，确保其在谈判中取得强势地位，向中国勒索更多的侵略权益。

日本虽然在军事上处于强势，但经过几个月的战争消耗，已经难以发动更大规模的军事行动。陆奥宗光承认：“国内的海陆军备不仅几成空虚，且从去年以来经过长期战斗的舰队以及人员、军需均告疲劳缺乏。”日军向中国内地的进攻，也引起其他列强的强烈反响。日本政府意识到，其确定的“严将事局限于中日两国之间，使第三国无干涉余地”的外交方针，“恐有不能长久维持之虞”。就在北洋舰队全军覆灭的当天，日本政府要求清政府派出进行谈判之全权使臣，除确认朝鲜“独立”、赔偿军费之外，还需以割让土地为条件，缔结确切的条约。清政府立即通过美国驻华公使田贝通知日本政府，任命李鸿章为头等全权大臣，“予以署名画押之全权”。2月22日，李鸿章奉召入京，向光绪帝奏言“割地之说不敢担承”。在军机处会议上又说“割地不可行，议不成则归耳”。其实，李鸿章心里明白，若不允许割地，和约定难议成，他之所以一再如此表白，显然是不愿承担割地的罪名。当时即有人指出：“现在李鸿章语及和局，辄以不愿割地之说遍告于众人。窥其用意，必欲使此议出自宸断，然后定约之后，天下士论，民心怨愤不平之气，尽归于朝廷，而于己无与。”

李鸿章在京还访问英国驻华公使欧格讷，请求英国出面制止日本的索地要求，并提出一个由英国教士李提摩太代拟的所谓“中英同盟密约草稿”。据欧格讷对密约内容的领会，“中国政府为报答这一援助，将实际上在若干年内将整个国家的管理权移交给英国，并由英国独揽改组和控制陆海军、修筑铁路、开采矿山的权利，而且还为英国通商增开几个新的口岸。”但他还是婉言谢绝了李鸿章的请求。李鸿章又向俄、德公使求助，但同样没有任何结果。

2月25日，光绪帝召见群臣，李鸿章面奏，“略及割地”，奕诉随声附和，翁同龢不表赞同，余者皆不表态。光绪帝又谕枢臣奏请慈禧太后定夺，慈禧太后则称病不见。光绪帝无可奈何，只得“谕知李鸿章，予以商让土地之权，令其斟酌轻重，与倭磋商定议”。

李鸿章于3月14晨从天津乘德国商轮“公义”号起程赴日，随同前往的有其子参议李经方，参赞罗丰禄、马建忠、伍廷芳，前美国外部律师科士达等随员及随从人员135人。19日晨抵达日本马关。3月20日下午，李鸿章与伊藤博文、陆奥宗光在春帆楼举行首次会谈，交换敕书，中方宣读拟请停战的英文备忘录。次日下午举行第二次谈判。伊藤宣读英译之日方复文，提出了苛刻的停战条件：日军占领大沽、天津和山海关，接管此三处清军之一切军器、军需以及天津至山海关间铁路；停战期内日军之军需军费由中国提供。李鸿章再三恳商：“贵方所指之天津、大沽、山海关三地，实北京之咽喉，直隶之锁钥也，倘贵军占此等要地，我方反主为客，岂不令人有宛如异国领土之感?”伊藤坚不松口，并限定三日内答复。日本之所以提出如此苛刻的停战条件，意在迫使中国自动撤回停战的提议，达到其不停战而议和的目的。就在谈判的同时，日本按预定计划，于23日出动联合舰队和5000名陆军，向澎湖列岛发起进攻，次日占领澎湖列岛，企图通过占领澎湖来逼迫中国同意割让台湾；若不能达到割让的目的，则以澎湖为跳板进攻台湾。

日军攻占澎湖的当天下午，中日双方举行第三次谈判。李鸿章表示不能接受日方的停战条件，遂搁置停战之议，要求日方出示和款。伊藤答应次日交阅，并暗示割让台湾的意图。4点15分谈判结束，李鸿章乘轿返回下榻的引接寺，4点40分途经外滨町邮便电信局前，将至江村杂货店时，一日本青年突然从街旁围观人群中冲至轿前，向李鸿章开枪。枪弹击中李鸿章左眼下的颊骨，血流不止。凶手小山丰太郎当场被捕，其受日本主战派“非占领北京不可言和”的影响而决意行刺。李鸿章遇刺事件发生后，各国舆论哗然，日本政府一度十分恐慌，担心李鸿章以受伤为由中途返国，列强各国再乘机干涉，将出现不利于日本的局面，便决定先允诺停战以免被动。李鸿章感到能够实行停战，已属成功，立即表示愿意继续谈判。3月30日，双方签订了《中日停战协议》6款。实际上停战协议仍然有利于日本，如规定奉天、直隶、山东等处停战，但将台湾、澎湖排除在外，即为日本侵占台湾预作准备；规定海上转运军队、军需，可由敌船查捕，但因北洋舰队已不复存在，则只对日本一方有利；又规定停战期限为3周，如期内和议决裂，协议即行作废，意在逼迫中国在限期内满足日本的要求。

4月1日，双方举行第四次谈判，商谈议定和约的程序。日本出示和约草案，故意漫天要价，提出割让盛京省南部、台湾全岛和澎湖列岛，赔款3万万两白银，开放顺天府等7处通商口岸，日本国臣民运进中国的各国货物减税，免除厘金，日方得在中国制造一切货物。日方一再进行威胁和讹诈，以迫使李鸿章就范。4月10日，举行第五次谈判，李鸿章伤势渐愈，亲自参加。伊藤拿出拟定的所谓“尽头条款”，赔款改为2万万两，强硬地对李鸿章说：“中堂见我此次节略，但有‘允’、‘不允’两句话而已。”李鸿章当晚电告总理衙门，请旨定夺。12日，又复函伊藤要求对割地、赔款两项酌为减轻。伊藤则以中止和谈、重新开战相威胁。李鸿章将日本扬言将派兵10万准备进攻的威胁的内容一再电告总理衙门，以说服朝廷接受日本的条款，称“其愈逼愈紧，无可再商，应否即照伊藤前所改定条款定约，免误大局。乞速请旨，电饬遵办。”“事关重大，若照允，则京师可保；否则，不堪设想。不敢不候电复，即行定约。”15日上午，总理衙门连复内容相同的两电，谕李鸿章即可定约：“原冀争得一分有一分之益。如竞无可商改，即遵前旨与之定约。”下午2时半，中日双方举行了第六次谈判，李鸿章再三恳求赔款、割地两事“总请少让，即可定议”。因日本已经掌握了李鸿章与总理衙门的来往密电，知清廷已许李鸿章以签约的权限，故决不丝毫让步。李鸿章只能在计算赔款利息、割让台湾的时间以及换约地点、期限等问题上，恳求日本稍稍宽容。他对伊藤说：“贵国何必急急?台湾已是口中之物。”伊藤贪婪地回答：“尚未下咽，饥甚。”至晚7时半，历时5小时，李鸿章经艰难谈判，最后不得不全部接受日本的要求。

4月17日上午，丧权辱国的《马关条约》在春帆楼正式签订，正约共11款，主要内容有：

(1)中国认明朝鲜国确为完全无缺之独立自主。事实上，破坏朝鲜独立自主地位的正是日本政府。当日本提出单独由中国确认朝鲜独立的要求后，李鸿章在议和条款修正案中曾提出“中日两国共同认明朝鲜为自主，并共同保其作为局外之国”，这一合理建议被日方断然拒绝，声称关于朝鲜独立一项，不许更改原提案字句。日本强迫中国单独确认朝鲜的“独立自主”，其目的是为了完全切断中朝两国悠久的历史联系，让朝鲜受日本的任意奴役。

(2)中国割让辽东半岛、台湾全岛及附属岛屿、澎湖列岛给日本。辽东半岛是北洋的门户、京师的屏障，日本占有辽东不仅直接威胁津、沽、山海关，造成“京畿不能一日安枕”的局面，而且可以向北侵入广阔、肥沃的松辽平原，直接进逼整个东北地区。台湾及附属岛屿和澎湖列岛与福建省隔海相望，具有重要的经济价值和战略地位。日本占据台湾不仅要掠夺台湾的丰富资源，对台湾同胞实行殖民统治，而且可以利用台湾作为侵略中国南部大陆以及向南洋扩张的基地。割地造成的严重局势，正如张之洞所指出：“北无旅顺，南无台湾，中华海面，全为所扼，此后虽有水师，何从施展?梗辽、沈之路，扼津、登之喉，卧榻养寇，京师岂能安枕?北洋三省，沿海水陆，永远不能撤防，国用如何能支?”这是日本继俄国侵吞中国大片领土之后，又一次对中国领土的疯狂掠夺，严重地破坏了中国领土的完整。

(3)赔偿日本军费银2万万两，分8次在7年内交清，第1次赔款交清后，余款按年加5％的利息。这笔数目惊人的巨额赔款和赔款利息，相当于清政府每年国库收入的3倍，不仅大大加重中国人民的负担，而且迫使清政府大举外债，从而遭受列强的进一步控制。这笔赔款也相当于日本4年多的全国财政收入。日本前外务大臣井上馨得意地说：“在这笔赔款以前，日本财政部门根本料不到会有好几亿的日元。全部收入只有八千万日元。所以，一想到现在有三亿五千万日元滚滚而来，无论政府或私人都顿觉无比的富裕。”从此，日本利用这笔巨额赔款，大力推进了资本主义现代化的进程，也造成了日本军国主义的恶性膨胀。

(4)日本臣民得在中国通商口岸城邑，任便从事各项工艺制造，又得将各项机器任便装运进口，只交所定进口税。从此，不仅为日本在华投资迅速膨胀开辟了道路，而且使外国资本的经济扩张在投资数量上得到迅速发展，在投资结构上发生很大变化。甲午战争前，外国资本虽然也在中国设立了一些工厂、航运、银行等企业，但还没有条约根据，且主要是为其商品输出和掠夺原料加工服务。《马关条约》订立后，列强取得了在中国开设工厂、修筑铁路、开采矿山等特权，投资扩大至政治经济贷款、铁路、矿山、金融等国民经济所有部门，标志着列强由对华商品输出进入了资本输出的新阶段，也凸显了外国资本投资与争夺势力范围相联系的新特征。条约规定外国工厂所用机器的进口和工厂产品的内销，都享受与进口洋货相同的待遇，这就严重影响中国的税收和民族经济的发展。外国资本的扩张也曲折地推进了中国经济的早期现代化，在这种经济早期现代化过程中，既包括了中国人民所付出的惨痛而巨大的历史代价，也涌动着中国人民与列强进行“商战”的民族主义浪潮。

 (5)开放沙市、重庆、苏州、杭州为通商口岸，日船可以沿内河驶入以上各口，搭客载货。从此，日本势力可以渗透到中国的长江流域，尤其是进入最富庶的江浙地区。根据《马关条约》的规定，1896年7月21日，中目在北京签订《通商行船条约》29款，确认日本在华与欧美列强一样享有领事裁判权和最惠国待遇。同年10月，又订立《公立文凭》(或称《通商口岸日本租界专条》)，承认日本在四个新开口岸以及上海、天津、厦门、汉口等地设立租界。中国被迫正式开放宜昌至重庆的川江航道以及长江下游沿吴淞江、运河以至苏、杭的航运。此后，外国轮船和军舰的航行领域从长江扩大至其他内河。

此外，签订的《另约》规定，中国对暂驻威海卫的日军每年资助军费，即“贴交”银50万两；《停战展期另款》规定，条约批准互换的最后期限为1895年5月8日夜12时。