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二月五日天明后，伊东祐亨与幕僚登上松岛甲板，用望远镜了望泊于港内的定远舰，见其后部有一半似沉水中，然看不太清楚。至上午八点多钟，才消楚地看到，定远正在用汽艇搬运舰上的物品，证实确实中雷了。伊东以为机会难得，下令对刘公岛发动第三次进攻。日本联合舰队本队、及第一、第二、第三、第四游击队共二十二艘战舰，环绕于威海卫南、北两口之外，进行猛烈炮击。北洋舰队诸舰与刘公岛、日岛各炮台，努力防战。炮战甚久，双方互有伤亡。日舰终难接近两口，只好停止进攻，退向外海。
二月六日，伊东祐亨重施故技，派第一艇队司令饼原平二少佐，率第一艇队的二十三号（司令艇）、小鹰、十三号、十一号、七号五艘鱼雷艇，再次进港偷袭。先是在五日下午三时，饼原带艇队全体人员在阴山口登岸，沿海边道路至龙庙嘴，观察了威海卫港内形势和北洋舰队各舰的位置。六日凌晨二时四十五分，纤月没于山后，满天暗晦如墨。五艇成单纵阵，自威海南口向港内行进。但七号艇没有找到拦坝的缺口，只有四艇进人港内。凌晨四时，日艇开始向北洋舰队接近。北洋舰队用探照灯照射，其灯光两次从日艇上方扫过，却没有发现日艇，而日艇反借探照灯的灯光看到了北洋舰队各舰的位置。小鹰进至距来远舰二百五十公尺处，发射前部右舷鱼雷。来远中雷翻转，露出红色舰底，舰中三十余人遇难。二十三号、十一号两艇也将鱼雷放出，练舰威远及差船宝筏亦中雷沉没。“十三号艇欲击镇远舰，频搜索之不得。”注25
当天下午，日本联合舰队又对刘公岛发动了第四次海上进攻。
此次进攻时，日本陆军预先在威海北岸架设快炮，与其舰队配合，夹攻刘公岛及中国军舰。此时，北洋舰队已有四舰中雷，特别是其中定远、来远两艘战舰，一搁浅、一沉没，确实是严重的损失。而对日军的攻势，北洋舰队努力抗御，丁汝昌一面命靖远、济远、平远、广丙四舰与黄岛炮台配合，向北岸回击；一面命其余各舰与刘公岛、日岛各台配合，以封锁威海南、北两口。日本联合舰队于是被击退。
二月七日，伊东祐亨又下令对刘公岛发动了第五次进攻。
这是一个总攻击令。伊东决心一举攻下刘公岛，以全歼北洋舰队。事前，他制定了进攻的汁划：以第二、第三、第四游击队为左军，炮击日岛，以本队及第一游击队为右军，专攻刘公岛炮台。他改变前此进攻的方法，而代之以从两翼进攻的战术。上午七时二十二分，本队松岛、千代田、严岛、桥立四舰在前，第一游击队吉野、高千穗、秋津洲、浪速四舰继后，进至距刘公岛约四千五百公尺处。同时，第二游击队扶桑、比睿、金刚、高雄四舰，第三游击队大和、武藏、天龙、海门、葛城五舰，以及第四游击队筑紫、爱宕、摩耶、大岛、鸟海五舰，则进至距日岛约四千五百公尺处。
七时三十四分，本队之千代田舰先放一空炮，严岛、桥立二舰接着开炮。于是，本队以松岛为先导，边射击边前进。当松岛驶至距刘公岛二千八百公尺左右时，本队向右转弯，第一游击队又代之炮击。北洋舰队与刘公岛、日岛炮台相互配合，开炮抗御。三十九分，松岛即被“击中前舰桥，打穿烟突，伤航海长高木英次郎少佐等官员三人”。五十分，桥立亦中弹受伤。八时零五分，严岛“三斤速射炮炮盾中炮碎裂”，“损坏上甲板及几条传令管，打死水兵二人，伤四人”。秋津洲被刘公岛炮台击中，两名水兵受伤。二十分，浪速“六号煤库中弹，七号煤库被击穿”。注26日舰本队及第一游击队遭此损伤，气焰为之一挫。
不料此时，一个意想不到的事情发生了。在威海卫北口，突然出现煤烟簇簇，竟是中国鱼雷艇驶出。起初，伊东祐亨认为，必是北洋舰队准备最后决战，故先放出鱼雷艇扰袭敌舰，以便乘虚突进，当即下令防卫。不意中国鱼雷艇竟然沿海岸向西逃逸。于是伊东祐亨令速力最大的第一游击队追击。本队尾随其后前进。十五艘艇船不是触礁或搁浅，就是被日军俘获。有些因艇搁浅而上岸的清军官兵“为日第二师团兵所捕获，多被斩囚”。注27福龙管带蔡廷干也被俘，鱼雷艇管带兼左一管带王平则逃到了烟台。
当日本联合舰队右军攻击中国鱼雷艇之际，其左军也向日岛发动了猛烈的进攻。日本陆军也从威海南岸连续开炮，支援海军。
日岛炮台由康济舰管带萨镇冰带领三十名水手助守。萨镇冰（一 八五九——一九五二），宇鼎铭，福建福州人。蒙古族。一八六九年，萨镇冰毕业于福州船政后学堂。一八七六年冬，福州船政选派出洋，入英国格林威治海军学校学习。一八八O年回国。先任南洋水师澄庆炮舰大副，后调北洋，历任天津水师学堂教习、威远兵船管带。一八八七年，改任康济练船管带。积功晋副将衔，实授游击。甲午战争爆发后，丁汝昌以日岛炮台地位重要，令萨镇冰带康济水手三十名至岛，以加强日岛的防御。连日来，萨镇冰指挥水手英勇发炮，打得相当顽强。在这天的战斗中，日舰十三艘在扶桑的带领下，轮番向日岛轰击。威海南岸皂埠嘴、鹿角嘴、龙庙嘴、所前岭四座炮台，也向日岛猛轰不已。萨镇冰鼓舞水手坚守岗位，誓死拚战。刘公岛炮台也发炮支援。在双方炮战中，刘公岛东泓炮台一炮击中扶桑左舷舰首，“刹那间一声巨响，舰身猛震，甲板被打烂一尺多的洞，三分厚的铁梁和梯子皆被击断，弹片纷飞，击毁左舷内侧，击到指挥塔的铁壁又弹回甲板，死伤达七人之多”。注28此外，筑紫舰也死伤八人。日舰遭此打击，只得停止进攻，退向阴山口。
日岛炮台虽然打退了日舰第二、第三、第四游击队的进攻，但本身损失也很严重。在敌人水陆两路的夹攻下，一座地阱炮被扑倒了，极力去把它举起，终于无效。这倒下来的炮，却又妨碍其他炮的使用。军官的住所也因炮弹的炸裂而焚毁了。一所弹药库也爆炸了。丁汝昌决定放弃这座已经失去作用的炮台。于是，萨镇冰便同水手们在第二天撤回刘公岛。
在此阶段中，日本鱼雷艇队两次偷袭，使北洋舰队遭到严重损失，力量大为减弱。同时，鱼雷艇的逃跑，打乱了北洋舰队的防御部署，造成极大的危害。尽管如此，北洋舰队仍能以弱敌强，击退日本联合舰队的三次进攻，并伤其多艘舰只，取得了一定的战果。
第三阶段，从二月八日至十一日，历时四天。日军见硬攻难下，便决定继续围而困之，一面水陆夹击，一面派鱼雷艇袭击，以消耗北洋舰队的战斗力量，促使其内部发生变化。
二月八日，日本联合舰队在威海卫口外警戒，以防北洋舰队遁逸，并“时或开炮挑战”。注29与此同时，南岸各台又向刘公岛及港内舰只猛轰。刘公岛炮台应之。炮战中，“靖远伤亡四十余人，岛上学堂、机器厂、煤厂、民房皆有毁伤，岛内民人亦多伤亡。”注30伊东祐亨见日岛炮台始终不发一弹，始知其已被轰毁，乃下令明日专攻刘公岛。并决定再次破坏威海南口的拦坝，以扩大其缺口。是夜十一时，日本海军的四艘汽艇和四只舢板，又载多人至龙庙嘴下破坏拦坝。由吉野、秋津洲、浪速三舰所派人员安装炸药，“以电引火，使之爆炸”。注31这次破坏了大约有四百公尺长的拦坝，使日本鱼雷艇进出威海港湾更加畅行无阻了。
二月九日，日本联合舰队又发动了第六次海上进攻。上午八时，日本第一游击队吉野、高千穗、秋津洲三舰，及本队千代田舰，在威海卫南口海面警戒。第三游击队天龙、大和、武藏、海门四舰在前，葛城为殿舰，驶近刘公岛东泓炮台，“纵横左右行驶，猛烈射击”。注32“葛城最力战，清兵亦善拒。”注33十点钟时，日本第二游击队扶桑、比睿、金刚、高雄四舰，加入战斗。南岸三台也“共戮力轰发”。
日军还在北岸架起十二门大炮，向刘公岛排轰。“北岸皆子母弹，纷如雨下；南岸皆大炮开花子、钢子”，“岛舰共伤亡一百余人”。然刘公岛各炮台仍奋力还击，“击毁鹿角嘴大炮一尊”，“击伤倭两舰”。注34丁汝昌亲登靖远舰，率平远及炮舰至日岛附近，与敌拚战。战至中午时，鹿角嘴炮台发射的两颗炮弹命中靖远，“左舷破了，炮弹穿过了铁甲板，又穿过了右舷船首，于是船头先沉了下去。”注35“弁勇中弹者血肉横飞入海。”注36丁汝昌正在督战，舰沉之时与靖远管带叶祖珪“意与船俱沉，乃被在船水手拥上小轮船”。注37他被抢救上岸后，叹曰：“天使我不获阵殁也！”注38靖远舰中炮搁浅，使北洋舰队的力量更为削弱。
二月十日，伊东祐亨命令严岛作为哨舰到威海卫海面，整日执行警戒任务，其他各舰皆补充煤炭，做进攻前的准备。入夜后，旗舰松