一八九五年三月六日上午，先赶到威海卫县城外的日军骑兵小队在县城外便遭遇了清军嵩武军孙万林部的伏击，死伤二十几人，于是退回日军大部队。
当天下午，日军第二师团主力部队发动了对孙万林部的进攻。由于日军有重炮，加之孙万林虽然武勇，但是其部队没有经历过近代化训练，除了刚来支援的黑旗军部还有部分战斗力，在坚守半个小时，死伤两百多人之后，便溃败下来，逃入威海卫县城。
这次战斗日军死亡只有十余人，让日军第二师团师团长佐久间佐马太中将感觉重新找回之前跟清军作战的感觉，甚至一度认为是第三师团、第六师团自身无能与夸大金州军的战力。不过，打脸来得很快。
三月七日上午，日军第二师团派出一个联队两千多人在重炮掩护下攻击威海卫县城，即使日军掩护炮火猛烈，但是日军还是付出一百多伤亡才在下午攻入威海卫城内，而第二师团的噩梦这时候才开始。
城门失守，日军入城之后，孙万林部虽然有小部分士兵溃逃出城，但是由于孙万林任用黑旗军部为督军队，使得孙万林部大部分留下来了，并在黑旗军援兵的建议，进行了激烈的巷战。日军损失惨重，在付出九百多人伤亡的情况，才于三月八日上午完全占领威海卫县城，而孙万林则是带着残部三百多人成功撤离了威海卫县城，往文登县方向撤退。
日军占领了威海卫县城之后，为了解除攻打威海卫炮台的后顾之忧，日军第二师团，又于三月九日、十日先后占领文登县、牟平县，两地清军守军几无战力而且装备落后，几乎一触即溃，日军只付出几十人的伤亡便占领两个县城。原本日军还想趁势攻占烟台府、莱阳府等地，可由于登陆作战以及攻打荣成县城、威海卫县城等地兵力损失很大，日军在确保攻打威海卫炮台的后路安全之后，便停止攻势。
一八九五年三月十二日，日军按计划分兵两路扫清周边清军守军之后，先后到达威海卫南帮炮台附近，同时日军海军司令官伊东佑亨亲自带领下，驻泊于荣成湾的日本联合舰队主力都起锚出航了，只留下“天龙”“海门”“天城”等军舰在原地负责警戒。
三月十三日上午由日军第六师团第十一旅团长大寺安纯少将带领自己旅团四千多人发动对南岸各炮台的进攻。原来威海卫南岸炮台主要是由清军巩军驻守，兵力不足，战力羸弱。三月七日，刘永福则率领从荣成县撤回来的黑旗军主力一千一百多人，携带大量军械等物资，加入了巩军的防御。刘永福和黑旗军的骨干都参加过十年前的中法战争，对近代化的陆路作战很熟悉，利用日军还未来攻之际，依托炮台抢修大量工事。
南帮炮台体系不仅包含面向海防的炮台设施，还在后方山地关键位置部署了多座陆路防御炮台。其中摩天岭炮台虽然地势最高，但防御能力却是陆路炮台中最薄弱的。日军在战前进行了周密准备，通过详尽的情报收集，将摩天岭炮台视为突破南帮炮台防线的关键突破口，
而驻守摩天岭炮台的是巩军新右营周家恩部。巩军新右营周家恩部原来只有五百人，且都是没有经过训练的新兵。
周家恩可以说是清军里面少见能战的将领，附近村民虽都叫他“周麻子”，但无不称赞他是条“硬汉子”。他明知自己兵力单薄恐寡难敌众，但却抱着与炮台共存亡的决心誓与敌寇拼战到底。
官阶不高的周家恩，却有着对战争的敏锐性，在战前注意到摩天岭战略位置十分重要，其得失对整个战局关系重大，必然是日军进攻的首要目标。
为抓紧备战，他在战前做了两方面的准备：一是针对新兵缺乏战斗技术的现状，组织官兵抓紧操炮训练，并部分黑旗军士兵编入自己的营组参战；二是针对炮台防御设施差的状况，加紧抢修工事。构筑临时炮台工程量最大的是夯筑胸墙掩体，需铲平地面，构筑炮位，夯筑胸墙与地面造平。数九寒天，高山之上土层湿冻，在没有机械的情况下，全凭铁锨镢头抢筑工事。战事紧急，周家恩带领官兵和附近村民日夜奋战，用石头夯在炮台周围打筑了一道厚厚的围墙，围墙上均匀地筑有垛口；在围墙外又挖出一道深深的壕沟，沟外堆积树木作为鹿砦，并在壕沟和鹿砦间埋设地雷，并听取刘永福的建议，将地雷的黑火药替换成北洋水师送来的新式火药，使炮台的防御能力得到一定程度加强。
三月十三日中午，日军十一旅团长大寺安纯少将指挥十一旅团对摩天岭发动进攻。日本海军“紫筑号”等八艘战舰在海上向南帮炮台、刘公岛东泓及日岛炮台开炮轰击，进行声援。清军方面，与摩天岭相邻的杨枫岭炮台拥有更为完善的防御工事，配备着四门大口径要塞炮和十六门行营炮。当发现摩天岭战况危急时，驻守此处的副将陈万清立即下令调集所有可用火炮，集中火力向摩天岭山腰处的日军发起猛烈轰击。摩天岭地势险要，日军边爬山还要躲着清军的子弹还有埋在地上的地雷，第一轮进攻便丢下三十几具尸体，退了下来。
大寺安纯少将见进攻受挫，大为恼火，便亲自督战，观看了一下附近地形，又改变战术，决定先占领摩天岭西侧的山头，然后向摩天岭炮台发起更猛烈的攻击。大寺安纯少将指挥日军第十一旅团改用齐头并进的战术，用更密集的兵力，从四周向炮台围来。日军爬过鹿砦，进入了清军的布雷区，正向炮台逼近的日军踏响了连环排雷，顿时雷轰谷鸣，地动山摇，大批敌人顷刻丧命，日军丢下了五十具尸体狼狈退去。日军预备队中的工兵分队发现进攻受挫后迅速投入战斗，冒着火力开始清除鹿砦障碍、地雷。在损失十五名士兵后，他们成功开辟出数条进攻通道。
日军很快通过这些缺口发起冲锋，逼近守军阵地。此时炮台的行营炮已失去射击角度，低矮的防御工事也无法提供有效掩护。守军兵力持续减员，炮台上象征抵抗的旗帜三次竖起又三次倒下，战斗持续到下午，日军进攻被打退了四次，死伤六百余人，而摩天岭上面的守军也只剩下四十多人，子弹和炮弹基本上打光了。周家恩下令用刘永福派来支援的黑旗军携带的炸弹，将炮台仅存的几门行营炮炸毁，准备与日寇进行白刃战。