10 月31日拂晓，日军从陆地、海上对德军防御体系进行了持续6昼夜的火力轰击。至11月6日，日军攻占德军中央堡垒，德军从湛山至海泊河防线崩溃。日本的水 上飞机向被包围的港口投掷炸弹。11月7日，日军又向德军最后一道防线发起进攻。在炮火掩护下，日军先后占领太平山、青岛山和贮水山。德军全线崩溃，海军 全部覆灭。
德总督迈尔瓦德克见大势已去，命炸毁防御设施，毁坏大炮，在观象山上挂起白旗，向日军投降。11月10日，日德双方开始谈判。16日，日军进占市区。从此，青岛从德国殖民地沦为日本殖民地。
海空鏖兵日德双方迭次交战
在日德青岛战争中，日本第一次出动水上飞机，对青岛的德国军事设施进行轰炸。德日双方的飞机还进行了一场空战。
1914年9月16日，德国传教士卫礼贤在日记中写道：“下午飞过来一架日本战机，扔下6枚炸弹。”10月5日，卫礼贤记录：“下午，又有一架日本战机飞过来，向炮兵弹药库扔了一枚炸弹，一个中国人被炸死，还有一个德国军械维修工人也受了重伤。”
据多年研究“一战与青岛”的青岛学者衣琳介绍，当时日本的水上飞机，由两个人操作，一人驾驶，一人手动投弹。因为系轻型飞机，只携带两颗炸弹。日本人在战争前夕就定好了策略：从德国人手中获得一个完整而美丽的青岛，对青岛围攻，迫使德军投降，不进行大规模的轰炸破坏。
日 军和德军的空战，发生在9月。9月17日，两名德国飞行员驾驶着他们的“鸽式”飞机起飞，但由于风向不利，起飞后不久便坠落下来。米勒斯科夫斯基少尉伤得 很重，而另一名飞行员贡特·普吕肖夫少尉很快恢复了健康，继续完成任务。1914年11月，德国人守不住青岛，贡特·普吕肖夫驾驶飞机逃往中国内陆，后在 江苏境内迫降。
日德青岛之战中，尽管德国的远东战舰主力在日德开战之前就转移到南美洲，但残留的舰艇继续抵抗。
10月17日深夜，德军S90号鱼雷艇在塔连岛附近海域，发现了日本巡洋舰“高千穗”号。这艘战舰于1885年购自英国，参加过甲午海战，侵略过中国台湾省，参加过日俄战争，日德战争爆发后重新加入作战序列。
S90 号鱼雷艇决定对“高千穗”号发动突然袭击。S90号鱼雷艇装有三颗鱼雷，在距离五百米处发射了一颗，没有击中。紧接着发射了第二颗，击中了“高千穗”号的 中部，并没有形成毁灭性的打击。于是，又发射了第三颗，这次鱼雷击中了“高千穗”号放鱼雷的位置，引起了一连串的爆炸。几分钟后，“高千穗”号沉没海底， 舰长和284名海军全部阵亡。
