九月十二日，清廷命令刘永福留在台湾。刘永福视察了基隆、沪尾和澎湖的防务，并于九月二十三日拜见了新任台湾巡抚唐景崧，提议自己带兵防守台北，但遭到拒绝。九月三十日，唐景崧安排刘永福防守凤山东港至恒春一带，即台南府南部沿海，限制其活动范围。同年冬天，两江总督张之洞打算调刘永福北上上海防守，刘永福借此机会向总理衙门申诉自己在台湾受到排挤的情况，请求增兵增饷，但这些安排最终未落实。

光绪二十一年（1895年）正月，北洋水师全军覆没，日军越过辽河，逼近山海关。张之洞打算将刘永福调至京畿抵御日军，唐景崧同意。但不久后，日军军舰出现在澎湖海域，唐景崧决定加强台南防守，叫停了调刘永福北上的计划。张之洞于二月二十三日分别致电唐景崧和刘永福，劝两人以大局为重。四天后，日军占领澎湖。三月二十三日，《马关条约》签订，中国将台湾和澎湖列岛割让给日本。刘永福闻讯后，誓言抗日保台。

五月二日，唐景崧在台湾士绅的支持下成立了抗日政权“台湾民主国”，自任总统，刘永福被任命为大将军。五月九日，因台湾镇总兵万国本内渡，唐景崧命刘永福暂代此职。刘永福返回台南，不久后台北被日军占领，唐景崧及其官员纷纷内渡，日本军舰在台南安平海域侦察。刘永福致电闽浙总督边宝泉请求“暗助”，边宝泉联系张之洞，张之洞表示“任其自为之”。

刘永福接到了伪托张之洞名义的电文，要求他坚守两个月，援兵即可至。刘永福受此伪电鼓舞，将其公告台南，民众士气大振，誓死抵抗。随后台南绅民推戴刘永福为“台湾民主国”总统，但他拒绝，仍以帮办台湾军务、南澳镇总兵、署台湾镇总兵的身份领导抗战。

闰五月初七日，刘永福与台南文武官吏一百余人歃血为盟，约定他为抗日保台的盟主，誓言与日本战至台湾最后一寸土地。台中知府黎景嵩告急求援，刘永福派易顺鼎带三营兵力驰援台中，但易顺鼎中途变卦，刘永福送他登船内渡。七月四日，刘永福收到日本首任台湾总督桦山资纪的劝降信，刘永福严词拒绝，并誓言恢复台北。然而，抗战局势日益恶化，苗栗、大甲溪接连失守，吴彭年与台湾义军退守彰化。刘永福派兵增援，但八卦山炮台失守，吴彭年、吴汤兴、李士炳力战阵亡，残兵退守嘉义。日军逼近台南，刘永福亲赴前线部署，后在谋士吴桐林建议下返回台南坐镇，派杨泗洪率军抗敌。杨泗洪围攻日军前锋，日军亦受重创，退回彰化，王德标趁机收复云林。此时，日军内部疾病流行，近卫师团长北白川宫能久亲王病逝。刘永福与日军以浊水溪为界，对峙约一个月

八、退回大陆

光绪二十一年（1895年）闰五月，易顺鼎被刘永福遣回大陆，试图请求张之洞等督抚为刘永福提供军械支援，但均遭拒绝。只有张之洞手下的道员恽祖祁等人筹集了一部分款项。七月二十七日，易顺鼎带着筹到的6000两银子抵达台南，但这对于急需军火和物资的台湾抗日军民来说，无疑是杯水车薪。刘永福对此大失所望，加之与易顺鼎在诸多事务上的意见不合，易顺鼎在十天后返回大陆。易顺鼎没有能够为台湾抗日军民带来期望中的军械支援，严重打击了抗日军民的斗志。紧接着，吴桐林也前往大陆寻求军饷，结果同样无功而返。

此时，日军第二师团长乃木希典率领约人的大军增援台湾，加上日本方面收买了台南的汉奸胥吏高慧等人，对刘永福的底细及布防情况了如指掌，使得台南的陷落几乎成为定局。

八月十五日，嘉义保卫战打响，但在日军近卫师团的强大攻势下，嘉义于二十日失陷。与此同时，日军的其他两路部队也开始行动：一路是第二师团的混成第四旅团于八月二十二日从澎湖登陆布袋嘴港；另一路是第二师团的主力及混成第三旅团，同样