海軍基地是海軍艦隊駐泊、補給、修理的場所，優良的軍港對一支海軍來說相當重要。早在北洋水師籌建之時，李鴻章就已開始著手準備建設北洋水師的海軍基地。在經過數次實地勘查后，李鴻章選定了在旅順和威海衛兩地建設海軍基地，“綜覽北洋海岸，水師扼要之所，惟旅順口、威海衛兩處，進可以戰，退可以守”。
旅順基地
旅順口全景，從左至右分別為黃金山、西雞冠山、老虎尾
由于威海衛基地工程浩大、繁雜，李鴻章決定先建設旅順基地。旅順口內被老虎尾分為東西兩澳，北洋艦隊主要營建東澳，即東港。東港東、南、北三面共長4106.8尺，西面攔潮大壩長934尺，西北留一口門，供軍艦進出，整個港池四周均砌大石岸。東港內東北由建有大船塢，即旅順大塢，長413尺，寬124尺，深37.89尺，塢口以鐵船橫攔為門，整個船塢均用山東大塊方石，用水泥砌成。另外港內還建有修船各廠九座，南岸建有倉庫4座，東岸倉庫1座，用于儲備船械備件。港塢四周設施用鐵路連接，沿岸有大型起重機5座，另建有鐵碼頭，供軍艦上煤運械。另外在澳東兼有石碼頭，專供修理雷艇、蚊船。港內各設施，共有電燈46座，各處鋪設自來水管，以供官兵工匠飲用。另外，為疏浚港池，旅順港還特地配備進口的挖河機器船（挖泥船“導海”）。
旅順東港，照片中上方的“水池”即是旅順大塢
甲午戰前的黃金山炮臺
老蠣嘴炮臺
北洋艦隊主要的彈藥存放基地——南子彈庫，主要存放彈頭，另有儲存發射藥和炸藥的東、西庫
被日軍占領的旅順海軍公所
停泊在旅順港內的北洋水師軍艦
為保護作為北洋海軍修理、保養基地的旅順，在建設塢澳的同時，旅順基地沿海一側依山地勢，共筑造9座海岸炮臺。以旅順口口門為界，口東5座、口西4座，從東至西分別為：老蠣嘴后炮臺、老蠣嘴炮臺、摸珠礁炮臺、黃金山副炮臺、黃金山炮臺、老虎尾炮臺、威遠炮臺、蠻子營炮臺、饅頭山炮臺。其中除老蠣嘴炮臺為穹窯式外，其余均為露天炮臺，共配置火炮58門，其中200mm口徑以上9門。以后又陸續增建炮臺4座，增添炮位23門。
從1889年起，又環繞旅順背后修筑陸路炮臺，共計17座，炮位78門。與此同時為掩護旅順后路，兼防金州，又在大連灣修筑海岸炮臺5座，陸路炮臺1座，炮位24門。在此期間，李鴻章因旅順船塢工程進展緩慢，于1887年轉包給法國人德威尼承建，1890年11月9日竣工，丁汝昌、周馥等人前往驗收，亞洲第一軍港旅順基地正式建成。
威海衛基地
威海衛基地由于資金等方面的原因從1887年才開始全面建設，由于開工較晚，其設計建造比之旅順基地更加先進，至1890年共建成北幫（威海北岸）炮臺3座（其中北山嘴、祭祀臺炮臺均為上下三層的大型炮臺），南幫（南岸）炮臺3座，劉公島炮臺6座（東泓、南嘴、迎門洞、旗頂山、公所后、黃島），日島炮臺1座。1891年其又在威海衛后路修建陸路炮臺4座，整個威海衛炮臺群，共配置大小炮位167門，各炮臺建造極為堅固，所配火炮多為德國克虜伯后膛巨炮，此外在劉公島和日島上還分別建造了地阱炮，“其炮以水機升降，見敵則升炮擊之，可以圓轉自如，四面環擊。燃放之后，炮身即借彈藥之座力退壓水汽，復還阱中”，這種地阱炮射程遠、威力大，軍艦一旦被其擊中則必沉無疑。初炮臺群外，所有配套的后勤設施如鐵碼頭、船塢、海軍醫院、海軍公所等也相繼建成，由此構成威海衛龐大的海軍基地體系。
劉公島鐵碼頭，1891年建成，至今仍可使用
麻井子船塢，位于劉公島與黃島相連處，至今仍在使用
位于劉公島最東端的東泓炮臺，炮火可及劉公島東部海面及威海灣南北二口，炮臺內部有坑道使各炮位、兵舍、彈藥庫相連
旗頂山炮臺，位于劉公島制高點，與南、北幫炮臺配合，可以封鎖威海灣南、北二口
黃島炮臺，黃島原為海中孤島，威海基地開始建設后，通過填海將黃島與劉公島相連，可以與北幫炮臺配合，封鎖威海灣北口。地下有坑道將各炮位、彈藥庫、兵舍相連
日島炮臺，位于劉公島與南幫之間的海中，正當威海灣南口要沖
北山嘴炮臺，位于威海北幫最東端，炮臺公分三層。照片中遠處的島嶼即是劉公島
祭祀臺炮臺
隨著旅順基地和威海衛基地的建成，旅順成為了北洋水師的維護、修理基地，威海衛則成為北洋水師的永久駐泊地。旅順、威海衛兩個基地仿佛巨人的兩臂，環抱渤海，形成了對京畿地區的鉗形防衛網。
