光绪二十一年（1895）闰五月初一日，日军攻占新竹，旋又向南推进，六月二十四日、七月四日，相继陷苗粟、大甲溪。黑旗军吴彭年部及义军吴汤兴、徐骧等部退守台中重邑彰化。黑旗军将领王德标率七星队驻彰化境内大肚溪，狙击渡溪日军。七月五日，徐骧率义军三百人诱敌深入，义军李邦华、镇海军营官李仕高正面接应，新楚官营官陈尚志、义军吴汤兴与沈仲安由后路左右包抄，大破日军。七日又败日军，八日，日军由汉奸土匪引导，猛扑彰化东门外八卦山，守将李士炳、沈福山、汤人贵等率部奋勇抗击，激战八小时，死伤极重。九日，敌精锐部队日皇近卫师团千余人以快枪快炮环攻，守军冲入敌阵，展开肉博战。八卦山失守后，清军、义军又在彰化城内与敌巷战。吴汤兴、吴彭年、李仕高、李士炳、沈福山、汤人贵等均战死。徐骧率余部突出重围，退往台南。彰化陷落。八月，台湾军民奋起反攻，但未能夺回彰化。

光绪二十一年（1895）甲午战败，三月二十三日，清政府被迫与日本签订了丧权辱国的《马关条约》，激起了全国人民的强烈反对。四月初八日，康有为联合在北京参加会试的举人一千三百多人在松筠庵集会，联名上书光绪帝，痛阵割地弃民的严重后果，指出割让台湾将失去全国民心，力主拒绝和议，明定对策。上书提出四项解决方法：一、下诏鼓天下之气；二、迁都定天下之本；三、练兵强天下之势；四、变法成天下之治。认为前三项还只是权宜应敌之策，第四项才是立国自强的根本大计。上书还提出了富国之法、养民之法、教民之法。还建议裁撤冗官、紧缩机构、澄清吏治、改革官制。这便是有名的“公车上书”，过去举人坐公车，故称也是康有为上清帝第二书。这次上书，都察院以《马关条约》已经签字，无法挽回为由，拒绝接受。“公车上书”标志着酝酿多年的资产阶级维新变法思潮已经发展成为爱国救亡的政治活动，对社会的影响和震动很大，康有为也从此取得了维新运动领袖的地位。

光绪二十一年（1895）二月初四日，日军由海城分路进犯牛庄，清军徐邦道、李光久等率部迎战。扼守海城北面的依克唐阿部败退辽阳。二月初五日，日军占领牛庄东北面的险隘鞍山站，切断牛庄和辽阳的通道。初八日，日军佯攻辽阳，而移主力第三、第五师团自鞍山突袭牛庄。清将魏光焘、李光久率军赶到，不守要隘，而屯聚市内民舍。日军冲进牛庄，清军据民房苦战，伤亡近二千人。魏、李突围西走。日军在牛庄挨户搜索，大肆屠杀抢掠。十一日，日军占营口。十三日又占田庄台。辽东半岛遂全部沦入日本侵略者手中。

光绪二十二年（1896）八月九日，直隶总督王文韶、湖广总督张之洞奏请设立芦汉铁路公司，并举荐津海关道盛宣怀督办。清廷遂命盛即日来京，以备咨询。九月十三日，光绪帝召见盛宣怀，盛详细陈述了借款筑路的具体打算。九月十四日，铁路总公司正式设立，命盛宣怀以四品京堂候补，督办该公司事务，命王文韶、张之洞协助办理。

根据中日《马关条约》第六款：中日将派全权大臣依西例议定通商条约。光绪二十一年（1895）闰五月二十九日，清廷命李鸿章、王文韶与日本代表商订商约。后因李鸿章赴俄参加沙皇加冕礼，清廷遂于十二月二十七日改命总理衙门大臣、户部侍郎张荫桓为全权大臣，与日本妥议通商事宜。光绪二十二年（1896）六月十一日，张荫桓与日本驻华公使、全权大臣林董在北京了《中日通商行船条约》。共二十九款。另有中日双方照会各三件。主要内容是确认日本在华享有与西方列强相同的领事裁判权和片面最惠国待遇。九月十三日，总理衙门又根据林董要求，订立中日通商条约公立文凭四项：在新添的苏州、杭州、沙市、重庆口岸专设租界，中国可酌课机器制造税，但须在天津、上海、汉口、厦门设专管租界，山东军队不得逼近威海卫四十里以内。

甲午中日战争以后，清政府对俄国产生了很大幻想，希望联络俄国牵制其他列强。沙俄看出了这一点，便寻找机会向清政府索取好处。光绪二十二年（1896），沙皇尼古拉二世举行加冕典礼。清政府应俄国政府的要求，任命李鸿章为“钦差头等出使大臣”，前赴俄国庆贺沙皇加冕。俄国政府以中俄共同防止日本侵略为词，并以三百万卢布给李鸿章作报酬，透迫李鸿章于四月二十二日同俄国财政大臣维持、外交大臣罗拔诺夫在莫斯科签订了中俄《御敌互相援助条约》（法文本称为《防御同盟条约》），即《中俄密约》。密约共六款，另附规定约文以法文为准的专条。主要内容为：一、日本如果侵占俄国远东领土或中国、朝鲜领土，中俄两国应以全部海军、陆军互相援助，并互相接济军火、粮食；二、缔约国一方未征得另一方同意，不得与敌方议立和约；三、战争期间，中国所有口岸均应对俄国军舰开放，中国地方官应尽力供应所需；四、允许俄国在黑龙江、吉林两省修筑铁路直达海参崴，该铁路由华俄道胜银行承办，其详细合同由中国驻俄公使与华俄道胜银行商订；五、无论战时或平时，俄国均有权通过该铁路运送军队和军需物品；六、本条约自铁路合同批准之日起生效，有效期十五年，届期六个月以前，再行商办展限。通过这一密约，沙俄政府把侵略势力伸入了中国东北地区。

光绪二十二年（1896），清政府开始筹借第二期对日赔款。英国声称：这次如不向它借款，它将不惜诉诸武力。经过争夺，英德集团压倒俄法集团，取得了列强对中国的第二次借款权。二月十日，由赫德代表总理衙门，与英国汇丰银行、德国德华银行在北京签订了《英德洋款合同》（又称《英德借款详细章程》）。共十八款。规定：借款总额为一千六百万英镑（合银一亿两）；以九四折扣（94%）交付，年息五厘，限三十六年还清，不得提前或一次还清；以海关收入作担保；偿还期限内，中国海关总税务司职位必须由英国人充任，从而使英国获得了控制中国海关行政三十六的保证。

光绪二十二年（1896），张元济在严复帮助下，在北京创办西学堂，同年冬改称通艺学堂，倡习西学。课程有英文、数学。学生四、五十名。光绪二十四年（1898）戊戌变法失败，被迫食堂。张元济亦被革职。

光绪二十二年（1896）二月二十六日，盛宣怀在上海徐家汇镇北创办南洋公学。何嗣焜任总理，张焕纶为总教司。全校分设四院：师范院，为我国第一所新型师范学校；外院，为师范院附属小学，分国文、算学、舆地、史学、体育五科；中院，为中学性质的学堂；上院，为大学性质的学堂。师范院训练一年以上者，选充各院教习。外院、中院、上院各设四班，每班学生三十名。开办经费由招商局、电报局绅商捐助。最初开办目的在培养通达中国经史大义的政治人才，实则毕业生多数学习工艺、机器、制造、矿治、商务、铁路、船政等，优秀者选送外国，留学深造。光绪二十九年（1903）改名上海商务学堂。光绪三十一年（1905）改称商部高等实业学堂。光绪三十三年（1906）又改为邮传部上海高等实业学堂。

光绪二十二年（1896）一月二十一日清政府将原维新派政治团体强学书局正式改为官书局，隶属总理衙门，命孙家鼐为管理大臣。开办章程规定：所办事宜为藏书籍、刊书籍、备仪器、广教肄、筹经费、分职掌、刊印信七项；不得议论时政，臧否人物和挟嫌妄议。全局分学务、选书、局务、报务四门。曾译刻各国有关律例、公法、商务、农务、制造、测算、武备、工程等各种书籍。刊行《官书局报》、《官书局汇报》。延请通晓中西学之人为教习，讲授各种西学。光绪二十四年（1898），官书局归并京师大学堂管辖。