8月1日正式宣战后，中日两国都制定了相应的作战计划。清政府的作战计划可归结为两点:一、以北洋海军扼守渤海湾口，并掩护陆军进驻朝鲜;二、集结陆军于平壤，再南下进攻日本陆军。
8月5日，日本战时大本营制订出“作战大方针”，其大体要点是:
这次战争的目标，是最后在直隶(河北)平原同清军主力决战，打败清军，迫其投降。上述目标能否实现，关键在海军作战之胜负。预计到中国拥有北洋、南洋、福建、广东四支舰队，吨位、兵力都超过日本，海战胜负难以预料，因此设计了三种作战方案:甲案，海战胜利，夺得制海权，立即由渤海湾输送陆军，在直隶平原寻求与清军主力决战;乙案，海战胜负不分，则派陆军击退在朝鲜之清军，实现扶植朝鲜独立之目的;丙案，海战失败，制海权被中国夺得，则尽可能增派陆军加强在朝鲜的防御，击退清军的进攻。
8月4日至9日，清军四路大军先后开进平壤。从牙山撤回的叶志超、聂士成部，也分别在8月21日和28日抵达平壤。至此，清军已集结了北洋陆军为主的部队一万五、六千人，人数上超过了日军。谎报战功的败军之将叶志超，竟于8月25日被委任为驻平壤的清军部队的总指挥官。朝廷命诸军星夜前进，直抵汉城。但李鸿章看到陆军实力有限，进攻没有把握，便提出“先守定局，再图进取”，并要求再集兵三万，稳固后路，然后分兵南下。 朝廷同意增兵，但仍坚持进兵汉城。此时北洋陆军已调走一半，不能再抽，于是清政府下令奉(天)、晋、豫、鄂、湘诸军抽调军队入朝，但各省行动缓慢，至9月13日，除总兵吕本元率马队两营驰抵义州外，其余没有一军渡过鸭绿江。这样，平壤诸军无法出击，只能据守了。
当清军在攻守之间踌躇时，日军也按照大本营的计划，加紧向朝鲜增援，目标是把清军驱逐于朝鲜境外。8月下旬，第五师团在朝鲜集结完毕，兵力再次超过清军。9月上旬，第三师团的一半兵力进入朝鲜，与第五师团组成第一军，由陆军大将山县有朋任司令官，兵力达到19，600人。此时，日军重兵集结，而由于朝鲜老百姓对日军的抵制，日军的补给极其困难，不利于持久作战。同时考虑到抑制国内滋长的厌战情绪，以及避免给西方列国的干涉留下空间，都要求立即发动这次战役，而不能等到布署完毕的时候再进行。而且，清军也在不断增援，待其防御加强后进攻会更加困难。因此，先到汉城的第五师团长野津决定不 等第三师团开到，就以所部16，000人强攻平壤，并决定以9月15日为期发动总攻，各部队必须按时到达指定位置。
9月8日，为了便于指挥作战，日本政府把大本营由东京移到广岛。12日，日本第一军司令山县有朋大将到达朝鲜仁川，指挥平壤战役。他对麾下将士训示道:“万一战局极端困难，也绝不为敌人所生擒，宁可清白一死，以示日本男儿之气节，保全日本男儿之名 誉。”15日，天皇睦仁到达广岛，亲自指挥对华作战。
