，由日本联合舰队司令长官伊东佑亨递送劝降书。丁汝昌坚决拒绝投降，并将劝降书上交李鸿章，以示忠诚。
光绪二十一年（1895年）正月三十日，日军进攻威海南帮炮台的制高点摩天岭，丁汝昌指挥舰队从海上支援炮台守军，成功击毙了日军旅团长大寺安纯。然而，由于力量悬殊，威海陆路南北炮台相继失守，刘公岛成为了被海陆合围的孤岛。
丁汝昌组织敢死队执行破坏任务，但最终敢死队成员全部牺牲。日本海陆两军继续进攻北洋舰队，但都被击退。直到二月五日夜，日本鱼雷艇偷袭，导致“定远”舰受损严重，丁汝昌不得不将督旗移至“镇远”舰。二月七日，日军舰艇集结，准备强行突破，同时陆上炮台向港内猛轰。
二月九日，丁汝昌登上“靖远”舰迎战，击伤了两艘日军舰艇，但“靖远”舰也被陆上炮台击伤。丁汝昌欲与舰同沉，被部下强行救起。到了二月十二日，面对日军的劝降，丁汝昌决心以身殉国，饮鸩自尽，以表忠心。临终前，他亲手破坏了北洋海军提督印，时年仅59岁。
丁汝昌去世后，其下属牛昶昞盗用他的名义，与日方签订了《威海降约》。北洋海军最终全军覆没。清廷内的保守派和激进派相互攻击，光绪帝下令籍没丁汝昌家产，并禁止其下葬。丁汝昌的子孙被迫流落异乡。
直到宣统二年（1910年），经过载洵及萨镇冰等人的争取，清廷才为丁汝昌平反昭雪。萨镇冰和谭学衡倡议全体海军官兵捐出三日的薪俸，用于修建丁公祠，以纪念这位忠诚的海军将领。