当天下午三时,根据日本第二军司令官大山岩的宿营命令,日军第六师团在崮山后、百尺崖所及其附近,第二师团在凤林集、宋家洼、虎山及其附近,第二军司令部在温泉汤。一月三十一日,第六师团移驻宋家洼、虎山、温泉汤等村,第二师团改驻凤林集、曲阜、冶口等村,第二军司令部则移至虎山。是日,第二、第六两师团都在做进攻威海卫的准备,并对清军的态势进行了各种侦察。于是,大山岩发布命令:第六师团自长峰寨、竹岛村进入威海卫城;第二师团绕至孙家滩,以切断威海清军的退路,并警戒由烟台东来的援军。
二月一日,佐久间左马太命令所属各部队西进,并重新部署兵力:骑兵第二大队第十一中队为独立骑兵队,至鹿道口,搜索酒馆集地方,步兵第五联队第二中队为左侧队,至孙家滩,破坏鹿道口附近的电线,并警戒前双岛和初村地方,步兵第十七联队骑兵一小队为前卫,至艾山庄,警戒威海卫大道,本队营于羊亭集至曲阜村间。是日,第二师团司令部进至东阳村,获左侧队报告,知孙家滩及其附近有清军集结,于是命伏见贞爱为前卫司令官,率步兵第四旅团离开师团主力,向孙家滩进击。
当时,驻守孙家滩的清军,是从桥头一带西撤的孙万龄等军。孙万龄探知日军来攻,决定将全军分为三部,划地防守:嵩武左营和福字三队在中央,防守孙家滩村东的羊亭河长堤,由孙万龄亲自指挥,从正面堵击敌人,福字三营驻守港南村高地,为右翼,由李楹指挥,预防日军迂回和包抄后路,精健等五营驻守小西庄和港头村,为左翼,由阎得胜指挥,一面预防日军直插威海卫城,一面接应孙万龄部。在此以前,孙万龄曾接到处斩阎得胜的命令。自荣成失守和白马河战斗后,威海卫后路战局每况愈下,李秉衡非常焦急。他认为:&ldo;与倭接仗,虽互有胜负,而各营将领不齐,接仗未能得力,致倭人渐向西进,非斩其退缩之尤者,不足以警众。查各军退缩者不止一人,而以阎得胜为最怯。&rdo;注6因此,于一月二十九日电饬孙万龄:&ldo;阎得胜临阵退缩,即军前正法&rdo;。注7然而,孙万龄并未按上司的电令办事。估计他可能担心将阎处斩会引起精健等营的骚动,而不利于眼前的战斗。实际上,阎得胜对孙万龄的命令始终阳奉阴违,不肯认真执行。这样,就为清军孙家滩之败埋下了伏因。
当天下午一时,伏见贞爱命步兵第十七联队第三大队长土肥好敏少佐率所部进攻孙家滩,山炮兵第六中队列阵于羊亭集以西,发炮进行掩护。日军越过羊亭河时,&ldo;河水结冰,坚如铁石,风雪卷地而来,一步一颠,兵士颇苦之&rdo;。注8过河后,日军冒着风雪直向孙家滩东面的护河大堤扑来。此时,孙万龄军已将四门行营炮&ldo;据险架设,努力进行防战&rdo;。注9在孙万龄的指挥下,嵩武左营和福字三队皆埋伏于护河大堤的树丛里,用步枪和抬杆射击敌人。据目击者谈:&ldo;孙统领的兵有大堤和树木隐蔽,打死日本兵不少。只见(日本兵)这一排倒下了,又一排向前冲,可始终冲不上去。&rdo;注10日军见正面进攻受挫,又企图从南面包抄孙万龄的后路,因遭到李楹军的堵击,而未能得逞。不久,日本炮兵架起了四门山炮。于是,双方&ldo;炮声无间,战愈倍烈&rdo;。注11日本炮兵&ldo;拚命地发射,终将清兵的猛烈炮火压下去了&rdo;。注12阎得胜见日军炮火猛烈,只放了两排枪,便下令西撤,孙万龄因左翼受到威胁,不敢恋战,不得已率军越过皂山,撤至酒馆集。
在孙家滩战斗中,孙万龄军打得相当顽强,杀伤敌人四十名,而清军也有三十五人阵亡。注13如果阎得胜能够按作战计划出击,必定会取得更大的战果。逃将阎得胜终究未能逃脱惩罚。第二天,孙万龄在酒馆集隆福寺召集各将领会议。阎得胜按时赴会,刚走进寺门即被逮捕正法。
二月二日上午,日军左右两路纵队会师于威海卫城:第六师团步兵第十三联队之部,从东门进入城内;第二师团步兵第十七联队第一大队和步兵第十六联队第二大队,从西门进入城内。然后,日军又立即分兵进攻北帮炮台。
北帮炮台坐落于威海卫城东六里的丘陵地带,地势陡峭,仅有一条小路可通,形势极为险要。此台与刘公岛隔海相望,相距仅四里,故对刘公岛的防御关系极大。北帮炮台由绥军驻守,原有六营,而经过虎山和虎口两次战斗,已有五营溃散。为了加强北帮炮台的防御,丁汝昌派广甲舰管带吴敬荣带二百多名水手,张文宣派护军两哨,前来助守。南帮炮台失陷的第二天,丁汝昌亲至北帮炮台,与戴宗骞商&ldo;战守之策&rdo;,戴称:&ldo;绥、巩军均向西散去,派人四出招集,所剩只绥军一营,守台及保长墙等处。&rdo;当天夜里,这仅剩的一营绥军也溃散了。而吴敬荣&ldo;所带协守水手亦随绥军西去&rdo;。二月一日,丁汝昌再次前往北帮炮台与戴宗骞议商,戴无可奈何说:&ldo;所散兵勇招集不回,并台、墙守兵亦溃西去,全台只剩十九人。&rdo;丁认为:&ldo;孤台不支,恐资敌用,我船及岛将立见灰烬。&rdo;注14于是,他劝戴宗骞移注刘公岛。戴喟然叹曰,&ldo;守台,吾职也。兵败地失,走将焉往?吾唯有一死以报朝廷耳!他何言哉?&rdo;注15丁汝昌挈之行。戴在刘公岛水师公所前的官码头下船时,望丁一眼,惨然一笑,对搀扶他的水手语义双关地说:&ldo;老弟,谢谢了。我的事算完了,单看丁军门的啦!&rdo;注16上岛后即愧愤自尽。丁汝昌复募送奋勇至北帮炮台,将火炮、火药库尽毁,&ldo;火廷数昼夜始熄&rdo;注17,尚未遗敌。当毁炮的奋勇刚回艇上时,日军平行而至,不费一枪一弹而占领了北帮炮台。