鲜局势渐趋紧张，程璧光上书李鸿章，请求留北洋备战。李鸿章采纳此议，“广乙”、“广丙”二舰因留北洋，“广甲”舰返回广东解送岁贡荔枝后，亦留北洋。于是广东三船皆编入北洋水师。
7月25日，日本海军在丰岛附近海面挑起战争，9月17日，北洋海军主力与日本联合舰队在黄海海面遭遇，展开大战，当时“广丙”在港口执行警戒。中午12时50分战斗打响后，程璧光指挥“广丙”舰于午后1时半赶到战场投入战斗，2时40分，“广丙”发炮击伤日舰“西京丸”，并引发火灾，“福龙”鱼雷艇趁机发射鱼雷两枚，当时日本海军军令部长桦山资纪海军中将正乘坐在“西京丸”上，自以为“我事已毕”，惟瞑目待毙。可惜两枚鱼雷都未击中，侥幸逃脱。海战中，程璧光腹部被弹片击中，血染内衣。
1895年1月30日，日军开始进攻威海卫，此后北洋海军被困于威海卫港内。2月11日，提督丁汝昌和护理左翼总兵署“镇远”管带杨用霖皆拒降自杀。部分洋员与威海卫营务处提调牛昶炳等商议降事，决定由美籍洋员浩威起草投降书，以丁汝昌名义向敌乞降。12日，由程璧光乘“镇北”炮舰将投降书递交给日军旗舰。17日，日军开进刘公岛，北洋海军全军覆没。
战后，程璧光被革职回故里。其弟奎光，时任广东水师“镇涛”船管带，因与孙中山同乡关系，在广州加入兴中会。程璧光归乡后，经孙中山及其弟劝说，亦答应入会。1895年10月，兴中会起义计划泄露，程璧光逃至南洋槟榔屿。1896年，李鸿章出使欧洲，路过槟榔屿时，程璧光谒之，李鸿章劝其回国并为之请免甲午之战全军
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