1891年6月26日，处在巅峰期的北洋舰队从威海卫起航，第二次访问日本。这是甲午海战之前，双方最后一次近距离观察对手，对两国海军在今后的走势产生了深远的影响。日本在中国铁甲巨舰的威胁下咬牙急追，终于在几年后超过大清海军，而北洋舰队却裹足不前，彻底丧失了海上的优势，“定远”、“镇远”的国威远扬成了昙花一现。
北洋舰队第一次访日在1886年。当年7月，李鸿章接到袁世凯报告，说朝鲜有人谋划联俄防英，而俄国正觊觎朝鲜元山口外的永兴湾。朝鲜一向是大清的保护国，清政府深知，一旦朝鲜落入它国必将危及自身安全，于是命令丁汝昌率领北洋舰队前往朝鲜的永兴湾一带巡防。
北洋水师提督丁汝昌、总教习英国人琅威理接到命令后立即率“定远”、“镇远”、“济远”、“威远”、“超勇”、“扬威”6艘军舰前往朝鲜东海岸海面操演。之后，由于海上长途航行需要上油、修理，于是“定远”、“镇远”、“济远”、“威远”4艘军舰奉李鸿章之命在丁汝昌的率领下前往日本长崎进行大修，留下其余两舰在海参崴待命。8月9日，北洋舰队到达长崎，长崎人对欧美军舰早已司空见惯，但来自中国的铁甲巨舰却还是首次目睹，因此码头上挤满了看热闹的人群。
8月13日，在日本人的盛情邀请之下，一些水兵登岸购物消费。从古至今，水兵由于海上生活枯燥，上岸找女人是司空见惯的事，几个大清水兵钻进了当地一家名叫“丸山家”的妓院，喝醉酒的水兵在嫖资上与老板争执不下，妓院老板随即报警，中国水兵和闻讯赶来的日本警察发生冲突，2名水兵被捕，其余的逃离了现场。随后，逃走的中国水兵纠集了十几名同伴，冲入警察局抢人。当时，根据北洋舰队司令丁汝昌的命令，水兵登岸一律不得携带武器，但其中有一名水兵在岸上购买了一把倭刀，将一名日本警察刺成重伤，他本人也受了轻伤并被捕，之后移交给大清国领事馆。
更大的悲剧还在后面，8月15日，北洋水师放假，450名水兵上岸观光，丁汝昌为了防止再起冲突，下令水兵不准带武器。而前一天，日本人就在周边的乡镇遍传消息，召集拳师，暗藏利刃，准备报复，并事先通知长崎闹市各商铺提前关门。
当水兵行至广马场外租界和华侨居住区一带时，立即遭到了长崎市民“有预谋、有组织”的袭击，拳师领着流氓手持刀棍故意拥挤挑衅，双方大打出手，数百名早有准备的日本警察将街道两头堵死，将手无寸铁的中国水兵隔离在各个街区，随即大肆挥刀砍杀。长崎市民从楼上往下浇沸水、掷石块，有人手拿刀棍参与混战。中国水兵猝不及防，寡不敌众，又无法互相呼应，结果吃了大亏，被打死5人，重伤6人，轻伤38人，失踪5人。日本警察被打死1名，伤30名，此外当地市民负伤多名。
事件发生后，北洋水师群情激奋。有记载说，“定远”、“镇远”、“济远”、“威远”四舰迅速进入临战状态，褪去炮衣，将炮口对准了长崎市区。总教习琅威理甚至主张对日开战：“即日行动，置日本海军于不振之地。”当时日本海军才刚刚起步，绝非中国海军的对手。
不过，丁汝昌却没有“将在外君命有所不受”的冒险精神，下令不准动手，丧失了把日本海军“扼杀在摇篮中”的机会。李鸿章在得知“长崎事件”后，随即愤怒地召见了日本驻天津领事波多野，不无威胁地说：“如今开启战端，并非难事。我兵船泊于贵国，舰体、枪炮坚不可摧，随时可以投入战斗”。“定远”、“镇远”属同级舰，由德国伏尔铿造船厂制造，在西方又被称为“萨克森”改进型铁甲舰，排水量7000吨。在当时海军中的地位类似今人眼中的航空母舰，堪称“亚洲第一巨舰”。
在李鸿章高级幕僚、法学家伍廷芳的策划下，驻日公使徐承祖依照国际法就事件同日本政府交涉，双方各花重金聘请欧美律师进行辩护，但日方强词夺理拒不认错，并拖延再三，希望不了了之。忍无可忍的徐承祖11月24日致电李鸿章，要求断交撤使。
此时中法战争刚刚结束不久，清廷自然不愿再度卷入战争的漩涡，故而断绝邦交方案未能实施。李鸿章决定“停审”，照会日本政府——此前审理全部作废，所有该案卷宗抄送北京，做出一种中国准备单方面处理此事的强硬姿态。
李鸿章的这一招起到了敲山震虎的效应，日本外相井上馨多次要求和徐承祖续谈，均遭拒绝。1887年1月28日，日本政府突然宣布接受德国驻日公使何理本的“伤多恤重”的原则，了结“长崎事件”。2月，双方签订协议，就各自的死伤者互给抚恤，日本赔付中国52500元，中国赔付日本15500元，长崎医院的医疗救护费2700元由日方支付。
在日本人看来，外国水兵喝醉了酒来本国滋事，最后竟然要本国赔款，这种愤恨和受辱感，自然很容易便被煽动了起来。“中国威胁论”成为日本主流民意，“大力发展海军”成为日本国内的共识，“一定要打败‘定远’”也成为了日本海军的目标和口号。就连日本的小孩当时最流行的游戏，也是分成两组，一组扮成中国舰队，另一组扮成日本舰队，捕捉“定远”、“镇远”。
长崎事件结束后一个月，天皇下令从内库拨款30万元作为海防补助费，揭开了“海防献金运动”的序幕。经过新闻报刊媒介的大肆渲染，日本国内很快就掀起了一个捐出“海防献金”的高潮。至9月底捐款数就达到103.8万元，这些资金全被用作扩充海军军备。1888年和1890年日本又提出第七次和第八次海军扩张案，这两次扩张案共购买或建造了4艘军舰。其中“吉野”号购自英国，时速23节，是当时世界上航速最快的巡洋舰。
1891年5月到6月间，北洋海军进行了成军后第一次校阅，其场面极为宏大，艨艟云集，舳舻相接，声势显赫，颇令李鸿章陶醉。校阅刚刚结束，日本政府即邀请北洋海军访日，本来，以近海防御为战略目标的中国海军不需要铁甲舰，李鸿章就是为了震慑日本才力主购买“定远”、“镇远”二舰，这一邀请如同“瞌睡遇上了枕头”，正中李鸿章借以显示海军实力的下怀。
6月26日，丁汝昌率北洋舰队的精华——“定远”、“镇远”、“致远”、“靖远”、“经远”、“来远”6舰编队从威海卫出发起程正式访问日本。舰队在出发前，李鸿章鉴于上次“长崎事件”，命丁汝昌严加管束。6月28日北洋舰队到达日本马关，7月1日抵达神户加煤添水，7月5日下午3时抵达横滨港，“定远”舰鸣21响礼炮向日本海军致礼，日本海军方面负责接待的“高千穗”舰也鸣21响礼炮作答，当时停泊于港中的英、美军舰皆鸣13响礼炮向北洋舰队致敬，一时间礼炮轰鸣，此起彼伏。
有一种说法，说日本军官曾看见北洋舰队士兵在炮管上晾晒衣服，经过近几年的研究，此事纯属杜撰。从当时日本媒体的报道看，对北洋舰队的评价还是肯定的，7月8日《东京朝日新闻》以《清国水兵现象》为题报道了观看北洋舰队的感受：“以前来的时候，甲板上放着关羽的像，乱七八糟的供香，其味难闻之极。甲板上散乱着吃剩的食物，水兵语言不整，不绝于耳。而今，不整齐的现象已荡然全无;关羽的像已撤去，烧香的味道也无影无踪，军纪大为改观。水兵的体格也一望而知其强壮武勇。惟有服装仍保留着支那的风格，稍稍有点异样之感。军官依然穿着绸缎的支那服装，只是袖口像洋人一样饰有金色条纹。裤子不见裤缝，裤裆处露出缝线，看上去不见精神。尤其水兵的服装，穿着浅蓝色的斜纹布装，几乎无异于普通的支那人。只是在草帽和上衣上缝有舰名，才看出他是一个水兵。”
日本方面对清政府北洋舰队的到来竭尽礼仪之能事，所到之处或礼炮致礼，或夹道迎接，希图以此表达对华的“亲善”之意。7月9日日本方面还特地安排天皇在东京接见了丁汝昌和北洋各舰管带，礼仪非常隆重。日本外相和海军大臣都举行了欢迎宴会招待中国海军将领。
7月16日，丁汝昌在泊于横滨港内的“定远”旗舰上举行招待会，邀请了包括国会议员和记者在内的日本各界人士出席。“定远”放出小艇迎接参观者，丁汝昌和驻日公使李经方在舰门迎接，和来宾们一一握手，随即，来宾们在向导的引领下参观了军舰上下各层，看到了当时日本军舰上所没有的4门直径一尺、长25尺的巨炮。清朝将领都懂英语，为参观者一一讲解舰上设施，后来的民国大总统黎元洪当时是最年轻的军官，也在接待者的行列中。北洋舰队在横滨港停留了约两个星期后前往长崎访问。8月4日离开日本回国，8月11日返抵威海。
登上“定远”参观的日法制局长宫尾崎三郎后来回忆，“定远”号舱内非常干净，不亚于欧洲军舰，他还记叙道：“同行观舰者数人在回京火车途中谈论，谓中国毕竟已成大国，竟已装备如此优势之舰队，定将雄飞东洋海面。反观我国，仅有三四艘三四千吨级之巡洋舰，无法与彼相比。同行观舰者皆卷舌而惊恐不安。”日本舆论也大力渲染日本国内“对强大的中国的舰队的威力感到恐怖”的社会心态，如著名思想家福泽谕吉在《时事新报》上感叹道：“舰体巨大、机器完备、士兵熟练，值得一观之处颇多。”
相比5年前在长崎的远观，这一次与“定远”从内到外的“亲密接触”让日本人深感羞愧，深受刺激的日本随之掀起了超常加速扩充其海军军备的高潮。就在日本天皇接见北洋海军军官的前一天，日本内阁提出了5860万元的海军支出方案，获得了国会的通过。1892年，内阁又公布了建造10万吨军舰的计划，该计划在天皇的裁决下很快得以落实。1893年日本天皇又发布敕谕：决定在此后6年每年再从自己的私房钱中拨出30万日元，并从文武官员的薪金中抽出1/10作为造舰费缴纳国库。到这一年，知耻后勇的日本海军已有各种军舰55艘，弹药储备超出了一次对华战争可能消耗掉的数量，迅速发展成为一支可与北洋水师相抗衡的海军力量。
访日期间，北洋舰队的军官也注意到了日本海军的高速发展，危机感油然而生。右翼总兵刘步蟾向丁汝昌力陈我海军战斗力逊于日本，添船换炮刻不容缓。丁汝昌也上条陈，认为北洋舰队有些舰艇已经老化，机器运转不灵，舰队在航速和射速上已经落后于日本，请求增购舰船。然而，在日本风光一时的北洋舰队出访归来却迎来了当头一棒，户部以经费短缺为由压缩海军经费，两年内禁止北洋水师购买外洋枪炮、船只和机械，连补充装备的费用都不拨给。
一方面一流舰队停滞不前，一方面二流舰队高速赶超，中日两国海军的差距迅速被拉平。连一直对北洋海军引以为傲的李鸿章都丧失了自信，在他看来，北洋水师勉强可以自守，战于境外，就算遇上日本，也胜算难保。悲剧的是，甲午之战，北洋海军没有败在海上，却全军覆没于港口，比李鸿章最坏的估计都要坏。
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