聖地亞哥，古巴的第二大城市，位於古巴島東部，地理位置類似中國的上海。聖地亞哥城被馬埃斯特臘山和加勒比海環抱，是一座山城，街道傾斜是聖地亞哥的特色，這點又和中國的山城重慶極爲相似。在在16世紀和17世紀，聖地亞哥是加勒比海盜的“天堂”，1640年建起莫羅城堡和沿海防禦工事，易守難攻。西班牙的大西洋艦隊司令塞爾維拉知道目前在古巴的西班牙艦隊實力跟北洋水師相差太遠，便利用蛛網般的水雷陣掩護，加固了岸防火炮，帶着九艘西班牙戰艦躲在港口不出戰。
北洋艦隊副司令馬吉芬率領“定遠”號、“濟遠”號、“廣甲”號等八艘軍艦開進聖地亞哥的外海，對聖地亞哥城嚴密封鎖。此時，古巴的起義軍在戈麥斯伊巴埃斯領導下，正帶領四萬起義軍在城裡的熱帶雨林裡跟駐守聖地亞哥的三萬名西班牙陸軍打游擊戰。
這三萬陸軍是西班牙駐古巴二十萬陸軍中還能戰鬥的精銳。劉永福便派人跟巴埃斯帶領的古巴起義軍會談，協同作戰。達成協議後，劉永福的黑旗新軍一萬五千名勇士，在北洋艦隊的強勢炮火掩護下，於聖地亞哥以東順利登陸，並向向聖地亞哥城東的制高點聖胡安山和埃爾卡內發起猛攻。
一百門克虜伯大炮在聖胡安山一字排開，對着西班牙軍隊的戰壕猛轟，西班牙軍的戰場濃煙滾滾。劉永福身先士卒，一馬當先，衝出戰壕，黑旗軍經過一天激烈的白刃戰，在傍晚時分。攻佔聖胡安山，接着，黑旗軍浴血奮戰，埃爾卡內也被中國的軍隊攻佔。
佔領了聖胡安山，黑旗軍在山上就可以架起重炮。俯視整個聖地亞哥城，西班牙軍極爲被動。不得不在第二天展開反攻，企圖奪回丟失的陣地。聖地亞哥騎士團的五千騎兵，頭戴四角帽，身着白色披風。上繪紅色劍型十字，手握長劍，握柄和護手末端呈百合花狀，如潮水衝向黑旗軍的陣地。
劉永福沉着指揮黑旗軍應戰，命令步軍的來複槍營組成方陣，一排一排上前射擊，“砰砰”的槍聲響了一晚上。西班牙騎兵們死傷過千，還是往前猛衝。黑旗軍的子彈快打完了，槍管打壞了，劉永福一咬牙。提着大刀，帶着兩千黑旗軍騎馬衝殺出去。
這時的西班牙騎士團，在古巴擁有大量田莊和財產，生活安逸，跟滿清八旗軍一樣，早就沒多少戰鬥力，而肉搏戰，反而是黑旗軍的拿手好戲。雙方展開了開拉鋸戰，劉永福的大刀都刀刃都砍崩了，西班牙騎士團人頭滾滾，鮮血染紅了白袍，最後西班牙騎士潰退，西班牙後續援軍趕來，繼續廝殺混戰，但最終，西班牙被劉永福的黑旗軍殺敗。不過這場戰鬥異常殘酷，西班牙軍隊死傷八千多人，而黑旗軍自身也傷亡達1700人。
巴埃斯領導的起義軍，一看黑旗軍大勝西班牙軍，紛紛帶着火銃和弓箭鑽出熱帶雨林，襲擾西班牙軍隊的後方。大西洋艦隊司令塞爾維拉眼看陸軍守不住聖地亞哥城，他決定率領九艘西班牙軍艦趁早上海面的濃霧突圍。
這時劉步蟾的艦隊也趕來了聖地亞哥，中國15艘戰艦，西軍僅9艘軍艦。上午，陽光穿透了厚厚的雲層，薄霧散盡，金色的陽光鋪滿加勒比海蔚藍色的海面。
中國艦隊和西班牙艦隊在聖地亞哥灣展開了激烈海戰。劉步蟾下令軍艦搶先攻擊，北洋艦隊的火力既猛又打得遠，每次齊射的炮彈總重量爲3萬磅，西軍齊射一次僅6000磅，形勢對北洋艦隊有利。
西班牙艦隊的旗艦是“瑪麗亞特雷莎公主”號裝甲巡洋艦，1889年由西班牙造船廠開工建造，1893年竣工，長112米，寬20米，排水量6890噸，艦長爲西班牙海軍少將維科特肯塔斯，裝備有2門11英寸口徑主炮，10門5英寸副炮，還有8門57毫米的哈乞開斯速射炮，8門37毫米的哈乞開斯炮，2門22毫米的機關炮，8個魚雷發射管，航速20節，此艦的噸位、火力、航速都和北洋艦隊的“定遠”號差不多，戰鬥力不容小視。
但西班牙海軍的訓練和維護水平，跟中國歷史上丁汝昌領導下的北洋艦隊差不多。西班牙人很懷念當年稱霸全球的“無敵艦隊”，在船上裝飾有大量傳統的木製裝飾品，這使得它在海戰中非常容易起火，它還有一些火炮從來沒有發射過。劉步蟾在“鎮遠”號上，用雙筒望遠鏡觀察到“瑪麗亞特雷莎公主”號這一弱點，集中火炮攻擊“瑪麗亞特雷莎公主”號上的木製部位，很快，熊熊的大火就將這艘旗艦的炮臺燒燬，濃濃的黑煙在聖地亞哥灣升起。
西班牙大西洋艦隊的“阿爾米蘭特奧肯多”號裝甲巡洋艦，系“瑪麗亞特雷莎公主”號同級艦，兩者噸位、火炮差不多，但1898年春天才到達哈瓦那，由於長途航行，“阿爾米蘭特奧肯多”號船殼遍佈浮游生物和貝殼，又缺乏維護設施，嚴重影響了它的航速，下降到14節。在聖地亞哥大海戰中，“阿爾米蘭特奧肯多”號遭到航速二十三節的中國“蘇州號”追擊，中了43發57毫米炮彈，其大部分艙麪人員傷亡，還有3發203毫米、1發152毫米、1發127毫米、9發102毫米炮彈使其嚴重受創，受傷的艦長命令棄船，戰艦在離聖地亞哥12公里的地方沉沒，船上120名西班牙海軍喪生。
西班牙軍艦的第三艘裝甲巡洋艦是“比斯卡亞”號，也是“瑪麗亞特雷莎公主”號同級艦，在聖地亞哥海戰中，該艦遭受重創，爲了挽救船員們的生命，艦長下令降旗投降。並親手點燃炸藥，將船炸燬。
“克里斯托瓦爾科隆”號裝甲巡洋艦是西班牙1895年找英國阿姆斯特朗軍工廠新造的軍艦，速度最高可以達到30節，速度在戰艦中算快的。但是由於西班牙政府與阿姆斯特朗公司的糾紛。連254毫米的主炮都未能安裝。戰鬥力可想而知。在聖地亞哥海戰中，“克里斯托瓦爾科隆”號的艦長一看，“阿爾米蘭特奧肯多”、“比斯卡亞”號、“瑪麗亞特雷莎公主”號都紛紛中炮，有的着火，有的沉沒，趕緊命令軍艦的大副，“開足馬力，逃！”
“克里斯托瓦爾科隆”號利用混亂的戰場局勢，以三十節的速度瘋逃，它的後面激起一串串翻滾的浪花。但可惜，“克里斯托瓦爾科隆”號的艦長也犯了一個錯誤：克里斯托瓦爾科隆”號沿着海岸線，而不是向着遼闊的大西洋狂奔。不過，也許他想利用海岸線來掩護軍艦。
“洞庭”號艦長黎元洪一看，趕忙指揮着軍艦追擊。“克里斯托瓦爾科隆”號不久就用光了英國加的夫產的優質煤，司爐兵不得不把古巴所產的劣質煤用上，動力不足。速度下降，而且古巴的海岸線特別彎曲，“克里斯托瓦爾科隆”號軍艦爲避免觸礁，進一步減速。結果在下午2點左右，黎元洪的“洞庭號”逼近。一艘戰艦連主炮都沒有，這仗沒法打了，“克里斯托瓦爾科隆”號艦長無奈，只得下令降旗投降，並把船開上淺灘。
西班牙剩下的“咆哮”號等四五艘驅逐艦排水量都只有四百噸左右，航速26節，這幾艘不幸的小船，本來憑着他們的高速度，最有可能逃脫，但他們一開始就準備捨命掩護主力艦隊的突圍，所以在海戰開始後就拼命進攻，但先是遭到“蘇州”號阻擊，接着又遭到其他北洋軍艦的圍攻，慘遭沉沒，船員大多遇難，包括“咆哮”號的艦長。
劉步蟾指揮中國的軍艦排成“魚鱗”陣，攔截西班牙軍艦，以猛烈而準確的火力打得西班牙一艘接一艘起火燃燒沉沒，經五個小時激戰，西班牙艦隊又全軍覆滅，被擊沉艦艇7艘，被俘2艘，陣亡600人，艦隊司令塞爾維拉及1800名官兵被俘，中國海軍僅有2艦輕傷，死傷10人。
而趕來支援古巴的西班牙艦隊，七艘戰艦此時還在浩瀚的大西洋上，吐出七道長長的黑煙，雪白的船體在陽光下閃亮，桅杆上的國旗上，西班牙王室徽章中央的藍底金百合經過長時間的風吹雨淋，已經黯然失色，這支艦隊包括四艘六千噸級的巡洋艦和三艘三千噸級別的驅逐艦，它們駛向西印度羣島的古巴，在那裡，西班牙帝國統治了三百多年的殖民地正受到中國艦隊的嚴重威脅。
近三千名海軍將士在艦隊上志得意滿，當時的軍艦上規定不允許有女人，長久的生理壓抑，他們幻想着戰事一旦結束，就儘快去哈瓦那或者聖地亞哥找女人享樂。在他們眼中，正如在所有歐洲人的眼中一樣，中國只是一個半開化的後進國家，中國海軍和曾擁有“無敵艦隊”的海上強國西班牙不可同日而語。
但艦隊司令雪爾維拉卻憂心忡忡，和一般水兵不同，他深知自己面對的中國艦隊怎樣的對手，他檢查了一下艦隊，結果更讓他陷入了深不見底的失望：這支艦隊如果訓練好，本可以成爲一支極具威懾力的海上勁旅，但現在四艘巡洋艦都有不同程度的腐朽或損壞，彈藥也嚴重不足，火炮系統大都有嚴重問題，航行剛剛開始，各艘船上的煤倉已經空了一半。這支外強中乾的艦隊，正是西班牙帝國今日的寫照，雪爾維拉甚至懷疑自己的艦隊是否能安然到達古巴。雪爾維拉從一開始就知道，這是一場堂吉訶德式的戰爭，但他爲了捍衛西班牙的榮譽，帶着最後的勇氣與毅力，奔赴了通向毀滅的命運。
結果，這支艦隊剛到達西班牙，就被北洋艦隊圍攻擊潰。這是一場毫無懸念的戰鬥，中國的軍艦幾乎是一邊倒地屠殺西班牙艦隊，戰鬥進行了不到半天，西班牙的七艘戰艦被擊沉四艘，被俘虜三艘，艦隊司令雪爾維拉戰死。
北洋的軍艦殲滅了趕來支援的西班牙艦隊後，西班牙被圍困的陸軍陷入了極大恐慌。
劉銘傳的銘字營、劉永福的黑旗軍和古巴起義軍抓緊時間圍攻聖地亞哥。三天後，西軍彈盡糧絕，兩萬五千名西班牙陸軍放下了武器，向劉永福的黑旗軍投降。因爲多年來西班牙人的暴政，導致了起義者兇殘的屠殺報復，這些起義軍的殘暴，並不亞於西班牙統治者，他們四處燒殺擄掠，對待西班牙的戰俘像對待異教徒一樣殘忍割頭，這讓信仰基督的西班牙殖民者膽戰心驚，古巴總督韋勒決定向中國人投降，但唯一的條件，是要黑旗軍禁止起義軍入城。
劉永福覺得西班牙人主要是黑旗軍打敗的，而且西班牙軍艦也是中國的軍艦擊沉，所以撇開起義軍單獨與西班牙軍隊談判受降。1898年的中西戰爭，中國取得了最終的勝利，向歐洲列強宣告了中國作爲亞洲一個主要的軍事力量崛起，這頭東方睡獅已提前醒來，中國人再也不是軟弱可欺，中國要更多地參與世界事務！
古巴的西班牙軍隊投降中國，劉永福的黑旗軍隨即佔領古巴，開始釋放集中營裡的華工，還有其他各國的勞工。消息傳回國內，李經述很激動，這次遠征打出了中國人的威風，列強再也不敢小看中國。國內民衆對歡欣鼓舞，三十萬的學生、工人們都興高采烈走上街頭遊行慶祝中國的勝利，他們高唱着共和國的國歌，歡呼“共和國萬歲！”
這時，美國人坐不住了。一向主張殖民擴張的美利堅合縱國第二十五任總統麥金利向國會遞交了戰爭諮文，呼籲美國國會立即批准總統利用武裝力量對西班牙開展，在中國人之前奪取波多黎各等西班牙在美洲的殖民地。