为实现夺取中国首都北京、逼迫清政府认输媾和的战略目标，除了派出第一军意图突破山海关进入直隶平原作战外，日本大本营还准备另派一支军队直接登陆渤海湾，在天津一带上陆，和第一军形成对北京的夹击之势。鉴于中国东北冬季即将来临，第一军在冬季到来之前不太可能攻入山海关，因而日本大本营决定第一军在冬季到来后转入休整状态，为来年的行动做准备，冬季作战的重点则转移为歼灭北洋舰队，扫清海上运兵渤海湾的威胁。
黄海大东沟海战后，日本联合舰队除个别受重创的军舰迟迟未能修复外，总体上很快恢复了战斗力。而退往维修基地旅顺的北洋舰队，几乎所有军舰都存在重大伤情。旅顺维修设施缺乏，加上大批工人听闻战事逼近而逃跑，修理工作显得迟缓不已。清政府内的清流言官不顾北洋舰队恶战过后、需要维护修理的实情，本着拔除李鸿章信任的海军提督丁汝昌、将海军指挥权从李鸿章手中夺过的目标，终日以听不到海军出海寻敌作战为辞，对丁汝昌进行连番弹劾。而就在这时，为了遂行歼灭北洋海军的计划，日本陆军组成了一个新的军团——第二军，下辖第一、二师团，曾亲历过普法战争、富有近代战争经验的陆军大将大山岩担任军司令官。
第二军兵锋首先指向北洋海军维修保养基地旅顺，经地形勘查选定位于旅顺东北方向花园口一带的一片荒滩（今属辽宁大连庄河市）作为登陆场。10月23日，即第一军在鸭绿江畔发起攻势的第二天，第二军首批登陆部队在联合舰队护卫下，没有遇到任何阻击，顺利登上辽东海岸，至27日第二军大部登陆完毕，总计登陆兵力24049人。
由于兵力被大量抽调往朝鲜作战，防御在大连湾、旅顺一带的清军不仅兵力单薄，而且大都属于匆匆招募不久、未经训练的新兵。面对大举登陆的日军，旅顺、大连湾守军自守不暇，未能组织兵力邀击日军于中途。北洋海军因为舰只迟迟未能修复，加之日本联合舰队优势舰只在大连湾一线形成警戒线，也处于无力回天的局面。
11月4日，日本第二军开始向旅顺外围的重镇金州进攻。金州守军仅有徐邦道部拱卫军2250人、八旗捷胜营583人，完全不是日军敌手，6日金州城即被攻破。金州城附近的大连湾炮台群，原先由淮军精锐的铭军驻防，平壤决战前铭军主力被抽调往大东沟，此时防务由铭军分统总兵赵怀业通过新募扩编起来的3250人担当。大连湾炮台群属于一连串炮位对向海面的炮台的总称，3000余人分防各炮台内，兵力就显不够，面对日本联合舰队军舰在大连湾外徘徊的情势，赵怀业担心日军会从海岸登陆，更不敢抽调兵力参与金州防御。当金州外围战打响、日军主攻方向明确时，赵怀业紧急率领3营精锐驰援，然而到达时金州已经失守，只得随金州败军退往旅顺。群龙无首的大连湾炮台剩余守军，得知金州失守的消息后则全部逃散。
