清廷在戰事日趨不利的情形下，派遣李鴻章為全權大臣，至日本馬關媾和。李鴻章於二月二十三日（陽曆3月19日）抵達日本馬關，次日開始與日本首相伊藤博文進行談判。但日本姿態倨傲，拒絕休戰。二十八日（陽曆3月24日），發生日本刺客槍擊李鴻章之事件，談判一度中斷。當時陸奧宗光認為：「若李鴻章藉口負傷，於使事之半途歸國，非難日本國民之行為，巧誘歐美各國，再使其居中周旋，…則我對於清國之要求，陷於不得不大行讓步之地位。」於是日本方面同意休戰，李鴻章與伊藤博文於三月五日（陽曆3月30日）簽訂休戰協定。三月七日（陽曆4月1日），重開談判，日本要求清國確認朝鮮獨立，割讓遼南、台灣、澎湖，賠款三萬萬兩，開港埠與允許內河航行，以及同意日人得在清國從事製造業等等。三月十五日（陽曆4月9日），李鴻章之子李經方提出修正案，要求減少割地與償款。十六日（陽曆4月10日），日本再提修正案，除賠款減為二萬萬兩，稍減遼南割地外，其餘不得變更原案。十七日（陽曆4月11日），伊藤博文再致書李鴻章：「日本國今日能承諾之媾和條件，希望不以為後日亦能承諾也。」二十一日（陽曆4月15日），李鴻章終於屈服，完全接受日本之條件。光緒二十一年三月二十三日（陽曆1895年4月17日），李鴻章與伊藤博文簽訂「馬關條約」。條約內規定清國承認朝鮮「獨立自主」，割讓台灣、澎湖與遼東半島南部，賠款兩萬萬兩，日本得在清國口岸設置工廠。甲午戰爭，終以清國簽定喪權辱國的馬關條約而劃下了句點。俄國擔憂日本控制遼東半島南部，會妨礙俄國在清國東北與朝鮮的擴張，因此聯合德國、法國向日本施壓，要求日本將遼東半島南部歸還清國。日本在國際壓力下，勉強同意將遼東半島南部交還清國，但清國則增加三千萬兩之賠款。此一「三國干涉還遼」事件，被日本視為外交上的一大挫敗，也種下日後日俄相爭的種子。