湘軍的勝利極大鼓舞了台灣民眾，參軍者日益增多，抗日義軍準備乘勝收複彰化。
彰化地勢險要，日軍拚死抵抗，炮火猛烈，義軍幾次進攻都沒有成功。湘軍在彰化城外屯駐下來，日夜進攻。日軍接連遭到打擊，沒有反擊之力，隻好龜縮在城內等待援軍。台中附近的居民紛紛聯莊，協同抗日，一時之間，台中抗日形勢看好。
10月份，日軍從遼東半島抽調第二師團，從國內抽調後備部隊，包括憲兵和炮兵，總計兩萬多人，到達台北。接著，在台北東瀛書院成立南進軍司令部，籌劃進攻台南，南進軍總兵力達到四萬人。
日軍分陸海三路大舉南犯。清廷下令嚴禁增援台灣。湘軍和義軍打算采取速戰速決的戰略，進攻彰化。城內日軍拚死抵抗，重創湘軍和義軍。三千多中國壯士為國捐軀。林義城率部再次發動攻擊。由於彈藥補給困難，義軍隻好放棄彰化。
王德標和蕭三發所部分別在安平和打狗兩個港口設防，日軍海陸聯合作戰，湘軍在重創日軍後撤退。接著，這支部隊和義軍在西螺溪、中浮州等處迎擊日軍，接戰不久，就撤退到鬥久鎮。隨後，湘軍在西螺鎮與日軍進行巷戰。
在日軍的猛烈攻勢下，湘軍和義軍被迫退出鬥久鎮，撤退到大莆鎮，在防禦戰中擊斃日軍近衛師團的師團長山根少將。
王德標和徐驤、林義城商議，鑒於日軍來勢凶猛，不能硬拚，決定巧布地雷陣。由於布設的連環地雷殺傷力很大，嘉義地雷戰炸死日軍七百多人，抗日義軍大獲全勝。
日軍被激怒了，集中炮火猛轟嘉義城，城中軍民傷亡慘重。王德標和徐驤分別率部在城頭守備，戰鬥前所未有地慘烈，雙方都損失慘重。中午，日軍攻破西門，湧進城內，王德標和徐驤率部退守曾文溪。
日軍部署兩個師團水陸合攻台南。形勢對義軍越來越不利，曾經嚴辭拒絕日軍誘降的劉永福感到大勢已去，想通過英國駐台領事向日軍求和。日軍勝券在握，拒絕了他的要求。
不久，抗日義軍與日軍在鹽水港激戰，湘軍又在二層溪襲擊日軍騎兵。隨後，湘軍與義軍在王爺頭與日軍第四混成旅血戰。
劉永福集合手下將領商量對策，沒有結果。同時，日軍進入安平炮台，守軍頑強抗擊。到夜裏，日軍發動更猛烈的進攻。
10月20日，劉永福違背誓言，拋下正在與日軍殊死搏鬥的抗日軍民，帶著十名隨從，乘英國商輪逃回廈門。劉永福一走，台灣抗日武裝群龍無首，頓時大亂。
僅剩下七百多人的湘軍、義軍和高山族同胞，在溪屋莊與進犯台南的兩千名日軍遭遇。這裏離台南府隻有四十裏，雙方展開最後的決戰。
日軍仗著優良裝備，馬步炮兵並進，瘋狂射殺，許多中國勇士戰死在陣地前沿，毫不退讓。抗日部隊受到日軍猛烈炮擊，終因力量懸殊而失敗，徐驤中彈身亡。湘軍名將王德標與義軍頭領簡精華下落不明。有人說，王德標化裝逃回了福建。也有人說，王德標看透了世態炎涼，削發為僧了。
打狗、鳳山和台南相繼失陷。
日軍攻入台南以後，陸續占領了台灣各重要城市。
11月，日本宣布台灣“全島平定”，發布台灣住民刑罰令、台灣住民治罪令和台灣監獄令，籌建台北監獄。
在四個多月的台灣保衛戰中，日軍付出了巨大代價，一名師團長、一名親王和四千八百名官兵死亡，二萬七千人負傷，比日軍在甲午戰爭中死傷的人數多了將近一倍。駐台湘軍和台灣抗日義軍，在沒有任何補給的情況下，取得這樣驕人的戰果。
從1874年起，到這年為止，左宗棠開辦的福州船政局經費短缺，生產萎縮，二十多年隻造船二十來艘，平均每年不到一艘。但是，在這個困難時期，中國的造船技術穩步提高。