7月1日，光绪再次通过军机处谕令李鸿章备战，并指出：南洋各海口均至关重要，台湾又孤悬海外，日本必为垂涎，命令各督抚“预为筹备，勿稍大意”。4日，光绪又针对李鸿章乞求英国领事转请英外交部派舰队赴日“勒令撤兵一节”，发出旨意：“倭人肇衅，挟制朝鲜，倘致势难收束，中朝自应大张挞伐，不宜借助他邦，至异日别生枝节。”并告诫李鸿章，这种“示弱于人”的做法，易生后患，“着勿庸议”。20日，日本派重兵云集朝鲜，战争一触即发。23日光绪谕令李鸿章“倘倭兵逼近，已露交仗之迹，则衅开自彼，立即整军奋击，不可坐失机宜”。为加强台澎防务，24日光绪命宿将刘永福赴台湾组织战守。25日，丰岛之战爆发。光绪下令“诏免出使日本大臣汪凤藻回国”，并专谕李鸿章“现与日本业已开仗，必须厚集兵力，广筹后应”。

　　8月1日，光绪下诏对日宣战，指出：“日本不遵条约，不守国法，专行诡计，衅开自彼，公论昭然。”派李鸿章率军迅速出击。21日命四川提督宋庆帮办北洋军务，29日以恭亲王奕欣管总署、海军署事，并会同办理军务。

　　10月13日因为叶志超、卫汝贵临敌溃散，光绪将其罢职，以聂士成统两军。25日，日军强渡鸭绿江，接着连陷九连城、安东、凤凰城。29日，谕裕禄饬金州战备。30日，命提督唐仁廉募勇二十营，会安定、裕禄防剿。11月初，日军占领金州、大连。22日旅顺失陷，光绪责李鸿章“调度乖方，革职留任”。是日，美国驻华公使田贝向总署表示，愿意为中日“调处”，恭亲王奕欣等向光绪和慈禧转达了田贝意愿。当时光绪就直接指出：“冬三月倭人畏寒，正我兵可进之时，而云停战，得毋以计误我耶?”

　　光绪对畏敌如虎，不战即逃之将领严加惩处。11月27日，下令撤掉“擅离职守摇惑人心”的龚照屿的职务。12月3日，革去失金州城的副都统连顺之职，撤“救援不利”的提督程之伟和“拥兵不救”的赵怀业之职，并交部治罪。10日，鉴于奉天危急，谕军机大臣等设法调拨克虏伯炮支援。13日，海城失陷，宋庆退至田庄台。16日，将已因“临敌退缩”革职，析木城遇敌“又复溃退”的副都统丰升阿、记名提督聂桂林交刑部治罪。次日，又令将叶志超、丁汝昌交刑部治罪。19日复州陷敌。22日，谕军机大臣迅速整顿队伍，激励将士，遏止敌人西窜之路，并令已革职提督程允和、张光前和总兵姜桂题戴罪立功，以观后效。这时，光绪在慈禧的压力下，不得不命张荫恒、邵友濂为全权大臣赴日求和，但同时又继续布置战事。28日，命刘坤一为钦差大臣，“关内外各军均归节制”。

　　1895年1月，日本舰队游弋于成山海面。14日光绪“着李鸿章、李秉衡饬令各军，加意严防”。18日，日军在荣成湾登陆，不久占领荣成，攻陷威海卫南帮炮台。31日光绪颁旨惩罚“临敌退缩”之辈，并令北洋舰队和陆军“奋力冲击”，“且勿再失事机，致以战舰资敌”。此后，连发上谕，令海、陆军加强战守。

　　7日，日岛炮台失守。9日，定远管带刘步蟾自杀。同日光绪诏责李鸿章：闻各舰被击沉情形，“不胜悲愤，北洋创办海军，殚尽十年财力，一旦悉毁于敌，震动畿疆，李鸿章专任此事，自问当得何罪?”令李鸿章“力图补救”，“齐力合剿”。17日威海卫失守。

　　不久，慈禧太后派李鸿章赴日求和。在投降派和列强的逼迫下，光绪被迫接受李鸿章“以商让土地之权”，但必须“斟酌重轻，与倭磋磨定议”。

　　《马关条约》签订后，光绪以丧失领土、主权严重，表示坚决“不允”，拒绝签字。但是，以慈禧为首的投降派，密谋策划，威逼光绪画押。5月2日，奕欣、徐用仪、孙毓汶等人在朝廷上集体向光绪发难，要求光绪批准条约。“上(光绪帝)犹迟疑，问各国回电可稍后否?济宁(孙毓汶)坚以万不可恃为词，恭邸(奕欣) 无语，乃议定。众枢在直立候，上绕殿急步约时许，乃顿足流涕，奋笔书之”。翌日，《马关条约》才正式批准。11日，光绪帝明发朱谕，宣示批准合约之苦衷，求“天下臣民皆当共谅”，“我君沉惟期艰苦一心，痛除积弊”。

　　《马关条约》，规定：割让辽东半岛、台湾、澎湖列岛及附近岛屿给日本，赔偿日本军费白银二万万两(相当于清政府三年的财政总收入)等。

　　在这国家危难之际，慈禧又在做什么呢?在准备隆重庆贺自己的60大寿。慈禧表面上不再垂帘听政之后，改清漪园名为颐和园，大兴土木。慈禧60大寿时，她想仿造1761年乾隆给她母亲庆贺70大寿的那个规模来做。但时代不同了，乾隆的时候是清朝的全盛时期，所谓“物产丰盈”、“富有四海”。乾隆自己还说花钱太多了，有点吃不消。而慈禧60大寿这个时候已经是国贫民弱，外敌欺辱，根本没有条件来搞一个这么大规模的庆寿。

　　但慈禧不管不顾，竟然花了七百万两银子来庆寿，从头一年就开始准备。自皇宫到颐和园沿途布置彩棚、彩灯，用了彩绸10万匹、红毡条60万尺。在花费的银两中，其中户部国库出四百万两，京官捐了121万两，外官捐了167万两，两淮盐商各捐40万两，宫女太监也都要捐银子，摆饽饽桌，从北京城里一直摆到颐和园，饽饽桌一摆就是 850桌。

　　半个月后，溥仪即位，由光绪皇后隆裕和载沣摄政。第二年改年号为“宣统”，就这样溥仪登上了大清王朝末代皇帝的宝座。宣统三年(1911年)辛亥革命暴发，次年2月12日，隆裕太后被迫代溥仪颁布了《退位诏书》，溥仪退居紫禁城中的养心殿，宣告了清王朝的灭亡和延续了两千多年的封建帝制的结束。

　　光绪皇帝和慈禧太后去世的消息一传出，就震惊了海内外。人们普遍认为，光绪在慈禧前一天死去，这不是巧合，而是处心积虑的谋害，是慈禧令太监将他毒死的。因为人们总觉得他只比慈禧早死一天，这太奇怪了。光绪当时身体很虚弱是不假，但为什么连这一天也拖不过去呢?是慈禧手下最后几天在药里下了什么东西，还是做了别的手脚?不排除有这样的可能。

　　也有人认为，由于袁世凯的叛卖告密，使慈禧镇压了维新运动。袁世凯担心慈禧死后光绪重新执政，将会问罪于他，于是就与庆亲王勾结，打算废黜光绪，立庆亲王之子为帝，事不成，就下手毒杀了光绪。

　　也有人主张是李莲英害死的。因为李莲英一直跟着慈禧，怕慈禧死了之后，光绪执政，对自己不利。所以，他下手，让光绪死在慈禧之前。

　　当然，也有人认为光绪是病死的。光绪自幼身体孱弱，一直有脾胃虚弱的毛病。成年后又有滑精症状，而且一天比一天厉害。他又长期咳嗽，似乎患有肺结核。政治上的失意，长期的精神抑郁，更使他患有严重的神经官能症，心悸、失眼、食欲不振等症状相继出现，逝世前一年已病入骨肓，直接死亡的原因，可能是心肺功能的慢性衰竭，并发急性感染。这一说法为多数学者接受。