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之后日军对依托刘公岛的北洋水师进行水陆夹攻。日陆军修复七门原南岸炮台的克虏伯炮，并对港内北洋军舰轰击。日海军鱼雷艇多次夜袭。2月5日，定远中雷搁浅。提督旗移于靖远。6日，来远被击沉。镇远战前背伤以至不能出海。北洋水师已名存实亡。7日，日本海军发动总攻，后北洋鱼雷艇管带王平率鱼雷艇队出逃，多被击沉。9日，南岸炮弹命中靖远；靖远搁浅后被丁汝昌下令击沉。清军由于遭到水陆夹击，援军不至，表示不想继续战斗。瑞乃尔（Theodore H. Schnell）、戴乐尔、克尔克（W. Kirk）医生与牛昶昞、马复恒两位道台商量，同意投降是防止士兵哗变的最好方法。瑞乃尔与戴乐尔到旗舰上去见北洋水师提督丁汝昌与马格禄，表示应该尽量战斗，但如果士兵不愿作战，投降是正当的。丁说：“我当然会救兵勇们的性命，我也认为你们建议的是唯一可行之途，但在我实行这一步骤前我必须得先死。”11日，丁汝昌服鸦片自杀，至次日死亡。威海卫水陆营务处候选道牛昶眪把丁汝昌大印交给了美籍洋员浩威（George Howie），假借丁汝昌的名义投降，浩威亲自起草降书<ref>[http://www.todayonhistory.com/lishi/201707/65913.html 威海卫之战]，历史上的今天， 2017-7-17</ref>。14日，牛昶昞签订《威海降约》。北洋水师镇远、济远、平远、广丙、镇东、镇西、镇南、镇北、镇中、镇边等10艘舰船皆被编入日本海军。仅练习舰康济号载丁汝昌、刘步蟾、杨用霖、张文宣等人灵柩返回烟台。至此，北洋水师全军覆没，威海卫之战结束。