1895年4月17日，《马关条约》签订的当天，俄国首先发难。俄国外交大臣罗拔诺夫对德、法两国驻俄公使说：“俄国政府决定，立即以友谊方式，直接向日本政府提出不要永久占领中国本土的请求。我们的计划是，如果日本不接受此项友谊的忠告，俄国正考虑三国对日本在海上采取共同军事行动——切断日军在中国大陆与本国间的一切交通。”

同一天，德国皇帝威廉二世下令，将一艘装甲舰、一艘巡洋舰开赴远东。同时德国外交大臣马沙尔同其驻日公使哥特斯米德发出电训：“现在日本的和平条约(指《马关条约》)损害了欧洲和德国的利益，尽管后者的范围尚小，我们不得不抗争。日本必须让步，因为对三国斗争是没有希望的。”

法国驻华公使蒙得培罗通知俄国外交大臣罗拔诺夫，法国决定参加俄国的计划。这样，三国联盟正式成立。当时英国没有参加联盟，因为英国政府认为《马关条约》对英国有利，中国进一步开放将给国际贸易带来好处，而且日本胜利将会阻止俄国势力南下。

1895年4月23日，三国政府向日本政府发出以下通知：

“今日本国割占辽东，既有危害中国之首都（北京）之虞，也让朝鲜国之独立有名无实，有碍维持远东之和平，故今劝谕贵国确认放弃占领辽东半岛。”三国要求日本归还辽东予中国，并限定在十五日之内答复；三国甚至准备派出海军舰队前往东北。

1895年4月23日下午，俄、德、法三国驻日公使联袂至东京外务省送交备忘录。当时外相陆奥因肺结核病在播州舞子休养，由外务次官林董出面会见。林董将三国的备忘录一一收下后，便以为了事，不料俄德两国公使还发表了简短的讲话。俄国公使希特罗渥说：“日本永久占领辽东半岛，恐怕会招致冲突。希贵国政府善体此意，采取保全名誉之策。”德国公使哥特斯米德说：“日本必须让步，因为对三国开仗是没有希望的。”林董听了两人的话，有些惊慌，连忙问道：“如暂时占据辽东半岛，至赔款付清时为止，是否也要抗议?”三国公使没有明确答复。

三国公使走后，林董将三份备忘录一一阅读，内容大同小异。俄国的备忘录全文如下：“俄罗斯皇帝陛下之政府，兹查阅日本国向中国所要求的媾和条件，对辽东半岛归日本所有一节不但认为有危及中国首都之虞，同时亦使朝鲜之独立成为有名无实。以上实对将来远东永久之和平发生障碍。因此，俄罗斯政府为了向日本天皇陛下之政府再度表示其诚实之友谊，兹特劝告日本政府，放弃确实领有辽东半岛一事。”当天，林董将三国干涉之事电告在广岛的伊藤博文和在播州的陆奥宗光，速筹对策。伊藤接到林董的报告，便决定在广岛召开御前会议，讨论对策。

御前会议举行。因为天皇要驾幸京都，重臣大都去京都做准备工作，所以出席会议的要员不多，除伊藤外只有陆军大臣山县有朋和海军大臣西乡从道两人。伊藤经过一夜苦思冥想，在会上提出了三个对策：一是断然拒绝俄、德、法三国之劝告；二是召开国际会议，将辽东半岛问题交该会议处理；三是接受三国劝告，将辽东半岛还给中国。会议就这三个方案进行讨论。

伊藤首先设问：“如采取第一个方案，与三国开启战端是否确有把握?”伊藤见无人作声，只得自己回答道：“无论如何，现时是不可能的，因为他们的舰队有12万吨，我方的舰队只有8万吨，而且一年来在海上作战大部分受了伤。”西乡附和说：“首相所说极是。据情报，俄罗斯正在向远东边区派遣一支29500人的部队；海参崴已被宣布为临战区，黑龙江北岸一带正在进行战争准备，海参崴的日侨被集中在一个地方，等待撤退的命令。而我国海陆军都在外面，国内空虚，若敌人乘虚而入……”山县接着说：“看来不仅三国联合舰队难以应付，即使单独对抗俄国舰队也无把握。因此，不能与第三国失和，树立新敌。”

伊藤说：“这样看来，第一个方案便可否定掉。那么第三个方案呢?”山县说：“该方案虽然足以表示我国气度宽容，但未免过于示弱，不可取。”三人讨论到中午也拿不出什么良策。天皇列席会议，听得有些不耐烦说：“诸位爱卿，那么采取第二个方案，怎么样?”伊藤说：“这个方案也非完善，待我与陆奥外相研究后再说。”天皇同意伊藤的意见，会议没有结果就草草收场。

1895年4月24日当晚伊藤离开广岛，4月25日早晨赶到播州舞子山上陆奥的别墅。恰巧大藏大臣松方正义、内务大臣野村靖也在这里，便与伊藤围坐在陆奥的病榻前开起会来。陆奥的肺结核病经过一个时期疗养大为好转，抖起精神说：“我认为，先拒绝三国的劝告，然后看形势再作对策。”伊藤反对说：“断然拒绝三大强国的劝告是不明智的，这正好给他们以口实，其危险性更大。”松方、野村两人说：“首相的意见是正确的，一开头不能做得太绝对。”陆奥只得收回自己的意见，说：“断然拒绝当然不对，但我不同意召开国际会议，把问题复杂化，这样可能会使《马关条约》归于破灭。”四人经过反复讨论，得出一个基本方案：对三国可以让步，对中国则寸步不让。

舞子会议以后，日本采取拉拢英国，瓦解三国联盟的方针，结果失败。英国照会日本说：“英国对日本抱有最诚笃之友情，同时也不能不考虑本国的利益。因此不能应日本之请而援助日本。”

1895年5月2日光绪帝批准和约的那一天，俄国公使来总理衙门说：“倭款(指和约)可商，可有电来，请少候。”

1895年5月3日，法国复电也说：“倭事可商，我国可保护台湾。”同日俄国又来电说：“倭已允许，退还辽南地方，又有展期换约之议。”

在收到这些电报后，以军机大臣翁同龢为首的一些官员感到有机可乘，提议向日本要求展期换约，同时总理衙门大臣李鸿章、孙毓汶、徐用仪等人表示反对。清廷此时试图通过总理衙门官员向俄法德三国公使打探他们的真正想法，不过三国公使都表示换约仍需照常进行。由于外国的支持无望，自身力量也不足以再战，光绪帝只能同意按期换约。

1895年5月4日，日本内阁及大本营重臣，在京都举行会议。会议结束后，日本官员当晚便取得了天皇的批准。日本外相陆奥宗光于次日凌晨电告驻三国公使，表示放弃辽东半岛。

日本内阁会议通过决议：“作为永久放弃辽东半岛之补偿，对清国要求之赎金，其数量限额为库平银1亿两。”后来，此数先减至5000万两，再减至3000万两。中国将3000万两赔款全部交清之日起，三个月以内日军实行撤回。

1895年11月8日下午4时，《辽南条约》在北京签订。其主要内容是：

一、中国让与日本国管理的奉天省南部地区及辽东湾东岸、黄海北岸、奉天所属诸岛屿，永远交还中国；

二、中国加付3000万两酬报费，于1895年11月16日交清；

三、酬款交清后，三个月以内，日本军队从该交还地一律撤回。

1895年11月30日，根据《辽南条约》，中国收回海城、凤凰城、岫岩，12月10日收回复州，12月21日收回旅顺，12月24、25日收回金州、大连湾。至此，日军侵占的辽南诸城全部收回。

三国干涉还辽的后果不仅影响到当时的东亚格局，也影响到未来东亚国际关系的走向。

杨遵道指出，三国干涉还辽是清政府在政治上由英国控制变为主要由沙俄控制的转折点，是远东国际关系变化的一个转折点，它为1896年中俄密约的签订奠定了基础，更进一步刺激了战后列强瓜分中国的狂潮。

张富强分析，在这一事件过程中，德国虽然成功诱导俄国的对外政治轴心从巴尔干转向远东，但是并未达到离间俄法同盟的目的，而且还为该两国将政治、经济合作扩大到亚洲创造了机会。

冯玮提出，三国干涉还辽使日本深刻认识到扩充军备的必要，而中方支付的巨额战争赔款则为此提供了可能，因此日本在战后开展了以大规模扩军备战为核心的“战后经营”，推动其国内的产业结构和经济体制发生深刻变化。

此外，很多学者都注意到三国干涉还辽与日俄战争的重要关联，认为俄国是三国干涉事件的最大受益者，日本则蒙受了莫大耻辱，此后十年，日俄两国围绕争夺中国东北进行的明争暗斗，就成为远东地区国际政治斗争的主旋律，而日俄矛盾的日益激化，也促使日本逐渐与英国相攀援，并最终缔结了英日同盟，为其发动日俄战争提供了重要帮助。