1914年8月15日，日本向德国发出最后通牒：(1)要求立即撤退在日本及中国海上的一切德国军舰，不能撤退者，立即解除武装;(2)在9月15日以前，将全部胶州湾租借地无条件交付日本，以备将来归还中国。以上要求，须于8月23日正午以前答复，否则，日本将“采取认为必要之手段”。8月18日，英国政府发表宣言，支持日本对中国的侵略行动。
面对日趋紧迫的形势，北京政府表现得软弱无力。当时，德国为避免遭受日本的攻击，保存在山东的势力，曾向北京政府外交部提议将胶州湾直接交还中国，德国驻华使馆参赞一度与北京政府外交部人员进行过非正式的秘密谈判。日本获悉此事后大为不满。日本驻华代办小幡酉吉警告北京外交部：“中国议收胶州湾，此事不向英日咨，直接与德商，必生出日后重大危险。”并要求北京政府马上停止此项活动。当日本驻华公使日置益向中国政府通知对德通牒时，也蛮横地说：“此事与中国无关，中国只能服从通牒内容，如果中国发生任何内乱，日英将加以镇压。”日本还以不再协助取缔南方革命派相要挟，迫使企图恢复帝制的袁世凯，放弃了收回胶州湾的拟议，完全屈服于日本的淫威，坐视其吞并山东。
至8月23日，德国对日本的通牒未予理睬，日本乃于是日正式对德宣战。以第十八师团为主的5.17万名日本陆军和第二舰队开始了在中国领土上与德军的作战。为了实现其夺取胶济铁路并进而独占山东的计划，日本要求北京政府将山东“黄河以南划为中立外区域”，以便日军任选地点登陆。并且要求中国撤退胶济铁路沿线及潍县一带驻军。日本这一几乎囊括山东全省的无理要求，说明了其出兵的真实用心。对此，北京政府在内外压力下既不敢公开应允，又不敢得罪日本，故而密向日本政府表示，如在中立地区登岸，中国“自当抗议”，然而绝无“抗拒之举”，甚至愿意“暗中给以行军便利”。同时，北京政府还采取了日本顾问有贺长雄的建议，在山东划出“交战地区”，并于9月3日照会各国公使，中国政府“参照1904年日俄战争先例在龙口、莱州及接连胶州湾附近各地方不负完全中立之责任”。日本乘机宣布：今后行动范围决定于敌方行动，不能再受交战区的限制。这样，中国的中立便遭到彻底破坏。