光绪五年（1879）四月，清政府确定创设北洋水师，派李鸿章具体督办北洋水师事宜。李鸿章因为十分赏识丁汝昌的才干，所以请留丁汝昌在北洋水师差遣。丁汝昌终于又重返军队。不久，北洋水师在英国订购的“镇东”、“镇西”、“镇南”、“镇北”四艘炮舰来华交货，丁汝昌被派为督操。从此，丁汝昌开始了他的海军生涯。
光绪六年（1880）十二月，丁汝昌受命率管带林泰曾、副管带邓世昌等，去英国督带“超勇”、“扬威”两艘巡洋舰回国，途中他考察了法国、德国的军事、工业等情况。这次出行，也是清政府的龙旗第一次航行海外。第二年十月三十日，“超勇”、“扬威”号军舰抵达天津大沽港。李鸿章见丁汝昌任务完成得好，对他更加器重，奏请丁汝昌改督操为统领北洋海军。光绪八年，因丁汝昌巡南海有功，赏头品顶戴，换“西林巴图鲁”勇号。次年，义授天津镇总兵，赏穿黄马褂。
光绪十四年（1888）九月，北洋海军正式成军，丁汝昌被授为北洋海军提督，统率大小舰艇四十余艘，约五万吨。为了培养急需的海军专业技术人才，根据丁汝昌的建议，又于光绪十六年（1890）五月，设水师学堂于刘公岛（在今山东威海外黄海上），由丁汝昌兼领总办。光绪二十年（1894），丁汝昌被赏加尚书衔。丁汝昌深知海军在抵御列强、保卫祖国海疆上的重要，很重视北洋海军的建设，平素督练认真，营规也较为严明，官兵有一定的近代军事素质，而且爱国热情很高。无论是士气还是战斗力，都远胜过当时清政府的陆军。
二、积极主战抗击日寇
光绪二十年春天，朝鲜爆发东学党领导的农民起义，而早已处心积虑的日本看到有机可乘，就以“保护侨民”为借口，派出大批军队在仁川登陆，进入汉城，与驻朝清军形成对峙。清政府多次建议中日同时撤军，都被日本政府蛮横拒绝。
丁汝昌对局势的认识一直比较清醒，他曾上书朝廷，请求率海军主力出海，为援朝的“高升”号兵船护航，但李鸿章没有同意。结果光绪二十年七月二十五日，高升号遭到日本侵略者不宣而战的袭击，船被击沉，死伤七百多人，两艘护航舰受到攻击，都有不同程度的损伤。同时，日军又在陆上向驻守牙山的清军发起进攻，挑起了中日甲午战争。八月一日，清政府被迫对日宣战。但北洋海军一直被李鸿章视为私产，他采取“避战保船”的消极方针，严令丁汝昌只可守大同江至威海卫一线，后来又缩小到成山角至鸭绿江口一线，决不准“滥进袭击”。丁汝昌受制于李鸿章，虽积极主战，但无法施展。丁汝昌愤慨不已，却难以违抗，只能在划定的区域内游戈，不能越雷池一步。朝中的一些主战派不明真相，就弹劾他“畏葸无能、巧滑避敌”，于是朝廷下令将他革职。只是由于无人替代和北洋海军将士的反对，才改为暂免处分，戴罪立功。对于这种莫须有的罪名，丁汝昌心情十分难过，但他依旧勤勉认真，忍辱负重，锐意备战。
九月初，朝鲜平壤吃紧，清政府决定从海道派援军到鸭绿江边的大东沟。海军提督丁汝昌率北洋舰队护航。
护航任务完成后，返航途中，遭遇了日本舰队的袭击。丁汝昌在旗舰“定远”号铁甲舰上，与总兵兼旗舰管带刘步蟾等议定，以“分段纵列”的阵势，起锚迎战。顷刻之间，战斗准备井然就绪。这时，北洋舰队开足马力，破浪前进。在距敌舰5000米时，旗舰“定远”号首发一炮，紧接着各舰大炮相继怒吼，颗颗炮弹飞向敌舰，激战开始。清军舰队摆成“人”字阵，丁汝昌与刘步蟾乘坐的旗舰“定远”号恰在“人”字尖上，冲锋在前，将日本舰队拦腰截断。战斗中，丁汝昌面对强敌，冷静沉着，指挥果断，开战不久就击中敌舰一艘。鏖战中，丁汝昌正在旗舰“定远”号飞桥上指挥，因飞桥年久失修，被敌人炮火击中舰身后震动破裂，不幸从空中跌落，身受重伤，不久帅旗也被打落。丁汝昌拒绝随从把他抬入舱中，坚持坐在甲板上，鼓励士兵为国英勇奋战。但是，丁汝昌此时只能鼓励“定远”号甲板上的士兵，已不能指挥全舰队。这样，清军舰队的各舰几乎就成了各自为战，处于不利的地位。尽管如此，清军舰队的广大将士都能同仇敌忾，英勇作战。双方激战了五个多小时。日军的旗舰“松岛”号被“镇远”号所发的两枚大炮弹击中，使其弹仓爆炸，船体倾斜，死伤达一百多人。另外，日方的“吉野”舰也完全失去了战斗力，“赤诚”号等三艘日舰受重伤，几乎沉没。“赤诚”号的舰长海军少佐坂元八太郎被击毙。从而迫使日军首先退出战斗。这次战斗，清北洋舰队也损失了“致远”、“经远”、“超勇”、“扬威”四艘军舰。
三、劲节励冰殉身报国
黄海海战之后，李鸿章为了保存他的实力，在奏报中有意夸大战败程度，强调中国舰队不及日本，以此为理由，命令舰队避战于港内，不准出击。从此，把黄海的制海权拱手交给了日本。
这样一来，日本侵略者更加肆无忌惮了。经过一个多月的休整和准备，十月下旬又分海陆两路进犯旅顺、大连。由于清朝的腐败，数万陆军在日军登陆前六天就不战自溃，望风而逃。十月二十四日，日军三万余人在花园口登陆，辽东陷入敌手。李鸿章命令北洋舰队驶离旅顺，避往威海卫。丁汝昌亲自跑到天津去见李鸿章，要求率领舰队出战，进援旅顺，受到李鸿章的训斥。
光绪二十一年（1895）一月，日军又在山东荣城登陆，企图抄北洋舰队驻地威海卫的后路，造成海岸夹击之势。日军两万余人在海军的护送下，进犯威海卫。一月二十日，日军在威海卫的东侧成山头登陆，即日攻占荣城县，兵分两路，扑向威海卫。日军先攻南岸炮台，丁汝昌亲自率舰发炮支援，战斗了两昼夜，击毙了日军第六师团第十一旅团长、左翼司令陆军少将大寺安纯，杀伤了不少日军。但由于众寡悬殊，威海陆路南北炮台相继失守。于是，刘公岛成为孤岛，北洋舰队全被困在了威海港内。
二月九日的海战，丁汝昌亲登“靖远”舰指挥。战至中午，“靖远”为敌炮击中搁浅，丁汝昌被水手救上小船，幸免于难。日军先后发动8次进攻，都被击退，多艘军舰受伤。日军见硬的不行，便来软的，诱丁汝昌率舰投降。丁汝昌断然拒绝。他在给家人的信中嘱告：“我已经以身许国了，请你们不要挂念。”
日本侵略者见战不成，劝降也不成，就采取了对北洋舰队长期围困的方针。北洋舰队陷于重围之中，形势越来越险恶。丁汝昌认为，此时只要陆上援军赶到，水陆夹击，刘公岛之围还可解除。为此，他派一名水手怀密信凫水到威海北岸，潜去烟台求援。趁这危急之时，北洋海军副提督英国人马格禄和顾问美国人浩威等，勾结威海营务处提调牛昶昞等，唆使士兵、水手哗变，胁迫丁汝昌投降。丁汝昌严词拒绝。
二月十一日，日军水陆进行夹攻，丁汝昌接到密派外出联络求援的水手的回报，知道山东巡抚李秉衡已由烟台逃往莱州，等待陆上援军已不可能。此时，岛上已近弹尽粮绝，北洋舰队到了最后时刻。右翼总兵刘步蟾自沉“定远”舰，然后自杀殉国。丁汝昌决心与军舰共存亡。为了防止有人盗印降敌，严令召牛昶晒等当面把提督印截去一角使其作废。于光绪二十一年（1895）二月十一日夜，愤而服毒自杀殉国，时年59岁。
刘铭传
刘铭传（1836～1895），清末淮军将领。字省三。安徽合肥人。他历仕咸丰、同治、光绪三朝，参与了镇压太平军、捻军的战斗，又在台湾抗击法军。他为建设台湾、保卫领土完整作出了巨大贡献。
一、嫉恶如仇保卫台湾
咸丰四年（1854），为对抗太平军，刘铭传在家乡办团练。同治元年（1862）改编为淮军，长期镇压太平军、捻军，由千总、都司、总兵，升至直隶提督，所部号“铭军”，为淮军主力之一。他有将才，通经国大略，又喜诗文，著有《大潜山房诗稿》。他嫉恶如仇，不愿与官场中的腐败之风同流合污，几次挂冠归籍。
刘铭传经营台湾，是从中法战争开始的。法国殖民者一面在越南逞凶，一面派出兵船在福建、台湾海域游弋，战事一触即发。为加强台湾防务，同治三年（1884）六月下旬，清政府擢在籍养病的刘铭传以巡抚衔督办台湾军务。刘铭传闻命，即扶病南下，渡海赴台。他行至上海时，法国公使九次来探询行期，阴谋在海上邀击。刘铭传置酒高会，声言某日乘某船渡台以迷惑敌人，而于当夜乘风大雨急，轻装登上小艇，再换乘兵舰直驶台湾。离开上海数小时后，法国公使才得到消息，急令军舰追赶。这时，刘铭传已顺利到达基隆港登陆。这一天是七月十六日。
驻守台湾的清军共四十营，台南部署了三十一营，台北只有九营，不到4000人。这种兵力配置的不合理，使得法军乘虚而入，重点攻击台北。清军装备太差，基隆险要之地，仅有五门固定方向的大炮，只能正面守，不能攻左右。刘铭传巡视数日，不胜唏嘘叹息，只得就现有条件，加固炮台，严饬官兵全力备战。
基隆煤矿对于法国海军可以说是胜败攸关。占据煤矿，就可保证兵舰有充足的燃料，法军曾与刘铭传交涉，欲购买煤炭，遭到断然拒绝。八月四日，敌远东舰队副司令利士比率舰五艘开至基隆口外。次日，敌舰用猛烈的炮火轰击基隆炮台，炮台在爆炸声中化为乌有，清军处于被动局面。刘铭传果断采取诱敌陆战的战术，仅留少数官兵在正面固守海岸小山制高点，主力撤到后山埋伏。敌军以为清军溃败，四五百人蜂拥上岸，筑垒安炮。夜雨潇潇，刘铭传派遣的壮士邓长安等悄悄摸向敌垒，毁掉敌人的大炮。刘铭传又亲率伏兵从左右向敌出击，形成对敌军的三面夹攻。敌人被这突如其来的打击弄昏了头脑，丢弃工事，向海上的军舰逃命。一些敌兵饮弹命绝，一些敌兵在慌乱中葬身大海。基隆保卫战首战告捷，毙敌官兵百余人，夺军旗两面，缴获洋枪数十杆、大炮四尊、帐篷十余架。捷报传出，朝野欢跃。上谕嘉奖刘铭传，交部优叙，发内帑银3000两犒赏官兵。
利士比黩武不赢，又别生诡计，通过英人邀请刘铭传到法国兵船上谈话，遭到拒绝；请求恢复中外贸易，并请刘铭传致函清廷从速议和，同样被严辞驳回。以后，利士比再度进攻基隆，大败而归。
八月二十三日，法军舰队在马尾港袭击了福建水师，气焰嚣张一时。九月末，法军在远东舰队司令孤拔率领下，分别在基隆和沪尾索战。刘铭传认为，沪尾有失，台北府不保，基隆后路被抄，守基隆清军则不战而溃，非舍车保帅不能维持局面。于是，他毅然决定转移基隆煤矿机器，炸毁煤矿，部分官兵扼狮球岭而守，其余增援沪尾。十月一日，法军占领基隆。
刘铭传主动撤出基隆，加强了沪尾方面力量。十月八日，法军八艘军舰遥击沪尾，继而放下小船载千余人登岸。刘铭传以伏兵切断敌人退路，痛击敌人。法军被击毙三百余名，其余夺路后逃，自相践踏，慌乱中敌炮击中小艇，溺死百余人。清军获得沪尾之战大胜。
十月下旬，法军奉本国政府命令，封锁台湾各海口，断绝海上交通，以困台湾。台湾军民抱着极大的爱国热情，在极其艰难困苦的环境中，不动摇，不后退，誓与海岛共存亡。清军连月苦战，伤亡不小，军需枯竭，增援的军队和兵船不能进港。刘铭传鼓动官兵拼死守岛，常短衣草履巡访军营，安抚慰问，与士兵同食同饮。又积极自救，动员绅商各界捐饷募兵，修整工事。战斗中，他身先士卒，舍生忘死，一次，一发炮弹从头上掠过爆炸，所乘战马受惊伏地，刘铭传面色不改。军民感佩，齐心战守。经谈判，中法战争结束，光绪十一年（1885）六七月间，法军从基隆及其占领的澎湖列岛撤出。
二、变法图强开发台湾
中法战争结束，清廷以台湾为南洋门户，决定设省，授刘铭传为首任福建台湾巡抚。之后，刘铭传开始了他的开发、建设台湾的事业。
刘铭传提出一套新的台湾行政区划方案，以台中彰化地区为全省政治中心，将原来的二府、三厅、八县扩大为一州、三府、四厅、十一县，并严肃吏治，加强了对地方的统治。
刘铭传为防患于未然。下令在基隆、沪尾、安平、旗后、澎湖赶修了十座新式炮台，购进新式后膛钢炮和水雷，整编军队，严格训练。
刘铭传摒弃封建士大夫闭关自守的陈腐观念，主张变法图强、民族自立。这种比较进步的社会政治思想，指导着他对台湾的治理。在他治理下，军事工业、民用工业在台湾日益增多。他办起机器局、机器厂、军械所、火药库、水雷局、邮政局，大力开发自然资源，兴办樟脑、硫磺、煤炭各业。又修铁路、辟番途、开港口，奖励贸易，保护农商。在台南、台北两府设清赋局，清丈土地，查检隐漏，增加了税收。
刘铭传倡言修筑铁路，早在光绪六年（1880），他奉诏至京，条陈开建铁路。到台湾后，他精心筹画，于光绪十五年（1889）年修建了由基隆到台北的铁路，这是台湾的第一条铁路。