他拒絕投降後自殺殉國，死後棺木被加上三道鐵鏈，十餘年不準下葬

1894年七月，中日兩國同時向對方宣戰，甲午中日戰爭正式開始。在隨後發生的中日黃海大戰中，戰事一開始日艦炮火就擊毀了北洋水師旗艦定遠號上的信旗裝置，水師提督丁汝昌被炸傷，北洋艦隊遂失去了統一的戰場指揮。在這場大海戰中，北洋艦隊損失慘重，此戰北洋艦隊被擊沉五艘，林永升、黃建勛、鄧世昌等以身殉國，而日艦卻一艘未沉。作為北洋水師提督和中方戰場指揮官的丁汝昌在戰前沒有明令確定自己的代理人和代理旗艦，在交戰過程中沒有或已來不及採取任何補救措施，致使整個艦隊陷入群龍無首、各自為戰的被動局面，難辭其咎。

之後殘存的北洋水師艦艇退往威海衛軍港，而日軍大部在遼東半島登陸，並相繼攻陷旅順、大連，直逼威海衛。1895年正月，日軍進攻威海南幫炮台的制高點摩天嶺，丁汝昌雖然率艦隊從海上用火力支援炮台守軍，但由於眾寡懸殊，威海陸路南北幫炮台相繼失守，劉公島（北洋水師公所所在地）遭海陸合圍，成為孤島。1895年1月23日，日本海軍大將伊東佑亨向處於絕境之中的北洋水師提督丁汝昌發來了一封勸降信，在這封信中，伊東佑亨向丁汝昌剖析北洋水師戰敗的原因，並向丁汝昌說道：「今貴國亦不可不以去舊謀新為當務之急，亟從更張，苟其遵之，則國可相安；不然，豈能免於敗亡之數乎？........既際此國運窮迫之時，臣子之為家邦致誠者，豈可徒向滔滔頹波委以一身，而即足雲報國也耶？夫大廈之將傾，固非一木所能支。」

面對日本人的勸降，丁汝昌選擇拒絕。十七天之後，在彈盡糧絕，苦苦說服軍心動搖意欲降敵者無果的情況下，丁汝昌將提督大印損毀後服鴉片自盡殉國，時年六十歲。在丁汝昌的遺書中他這樣寫道：「憶第一戰雖喪吾愛將鄧公世昌，林公永升，然主力尚存，仍可與倭寇一決雌雄。統帥李大人不知何意，令我等全數撤入威海衛港並不許出戰。偏居一隅坐等倭寇形成海陸夾攻之勢，實乃兵家之大忌也！予決不棄報國大義，今惟有一死.......然百年後若有人懂我一片赤誠報國之心，昌死不朽矣！".

丁汝昌死後，北洋剩餘官兵借其名義向日軍投降，不知內情的光緒帝下詔籍沒丁汝昌家產，並將其棺木加上三條鐵鏈以示其罪，不許下葬。直到十五年後的宣統二年（1910年），經載洵及薩鎮冰等人力爭，清廷才為丁汝昌平反昭雪。美國《紐約時報》對於甲午中日戰爭有過這樣一段評價：」他們向世人展示，在四萬萬個中國人中，至少有三個人認為世界上還有一些別的什麼東西要比生命更寶貴。」