1895年4月，代表清政府议和的李鸿章与日本政府签订了《马关条约》，台湾被割让给了日本。消息传到台湾时，台湾人民“若午夜暴闻轰雷……奔走相告，聚哭于市中，夜以继日，哭声达于四野。”当时，刘永福被清政府调到台南驻防。台南同胞义愤填膺，发出抗战檄文，他们公推刘永福为抗日军民首领。
同年5月底，日军在台湾基隆附近登陆，台湾巡抚唐景崧放弃抵抗，逃回了大陆。6月中，日军自台北向台中进攻。刘永福命部将杨紫云守新竹，与日军苦战一月之久后，义军退守大甲溪。日本侵略军又从国内增调二万多人前来作战，刘永福急命部将关彭年赴援，重创敌人，后退至彰化。8月下旬，日本侵略军分兵三路，进围台湾府城彰化，刘永福电令守城官兵“死守无恐”。28日拂晓，日军对彰化发起总攻击。敌军在数量和装备上皆占绝对优势，从上午6时至10时，双方激战达4小时之久。彰化之战，是反割台武装斗争开始以来与日军进行的最激烈的一场鏖战，敌人虽攻占了彰化，却付出了惨重的代价。
义军被迫退到台南以后，刘永福亲自指挥抵抗，在8月30日组织了反攻，9月初收复了云林、苗栗两县。然而清政府却严令官民“不得丝毫接济台南”，致使台南抗日将士处境十分艰苦。10月中旬，驻守嘉义的刘永福部在城外军营中埋了许多地雷，然后弃营入城，日军不战而得营，地雷突然爆炸，死伤700多人。义军乘势从城中冲出，打死了日军近卫师团中将师团长白川能久亲王。但不久，义军弹尽援绝，刘永福被迫离开台湾回到大陆。
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