第一次世界大戰期間，一種全新的作戰思路影響了參戰各國，自然也影響了日德戰爭，那就是“塹壕戰”，也就是“堡壘作戰”。人們發現，依託堅固工事據守的一方，往往能夠以極小的代價抵擋兵力數倍於己的敵軍，於是修築堡壘成了時髦的戰場行爲。德軍效仿此法，也在青島構築了五大堡壘，這是他們認爲最堅固的最後一道防線。但就是這道防線，從發動攻擊開始，只用了不到一個月的時間，就被日軍攻破了。
雷擊艦擊沉日軍巡洋艦
據青島市史志辦史料記載，1914年10月13日，日軍攻城炮兵司令部、攻城重炮兵第四大隊和步兵第二十九旅團等後續部隊在嶗山灣登陸，準備參加攻打青島要塞。這個要塞如此之堅固，以至於日軍爲了減少傷亡，耗費了近一個月的時間進行部署。
或許意識到氣數將盡，德軍開始自沉戰艦，以阻塞航道，防備落入敵手。9月28日，德軍戰艦“哥爾莫蘭號”、“盧克斯號”和“伊爾奇斯號”首先引彈自爆，沉入團島主航道。隨後奧地利巡洋艦“伊麗莎白皇后號”也自爆沉沒，在最後的日子裏，德軍“耶加號”炮艦和3艘7000多噸的運輸艦，以及4艘拖船、兩艘疏浚船全部沉入大港碼頭的航道入口處。
但事情總有例外，一艘S-90雷擊艦不甘自沉，居然上演了“千里走單騎”的傳奇，奇蹟般地擊沉日軍高千穗號巡洋艦，爲德軍在最後關頭留下了亮點。話說回來，這艘高千穗號巡洋艦就是當年參加甲午海戰的主力艦之一，北洋水師沒有打沉它，但它還是難逃覆滅在中國領地的厄運，實在是天意。
S-90雷擊艦本來只是想要發起“自殺性攻擊”，10月17日午夜，它配足武器和給養，在艦長布魯納大尉的指揮下駛出。但是好運來了 ，德艦觀測兵發現遠處有一艘兩桅單煙囪的巡洋艦，周圍沒有其他日艦。布魯納決定出其不意打一下，於是利用夜幕的掩護低速駛近。在距“高千穗”號500米處，S-90連發兩枚魚雷，其中一枚命中“高下穗”號舯部。
隨後S-90號雷擊艦接近至300米處轉向，又用艦艉發射魚雷一枚，命中“高千穗”號艉部。只見火光沖天，同時傳來震耳的爆炸聲，直徑1米多的日艦碎片甚至砸傷了相距不遠的S-90號。後者趕緊見好就收，迅速往南撤退，此刻它恐怕還不知道，它撞了頭彩。
吳芊華曾寫有《參加甲午海戰的那些日艦後來命運如何》一文，詳細記述了“高千穗”號被擊沉的始末。據說“高千穗”號被擊中，正在酣睡的日本水兵們尚未清醒過來，艦體已經傾斜進水。不久，尾艙又傳來幾聲低沉的爆炸聲，存放在尾艙的水雷居然被引爆了 。短短5分鐘的時間，艦長伊東佑保大佐及284名水兵葬身大海。當時只有在甲板上作業的十多名水兵在艦沉之前棄船跳海，被鄰近駛來的日軍小船救起，才倖免於難。
事情很快引起日方震怒，18日凌晨4時許，日軍司令部得知“高千穗”號被擊沉後，下令不惜代價要捕獲偷襲的德艦。S-90號雷擊艦原打算趕往自由港上海，但在日照石臼所一帶觸礁擱淺，六十餘名德國官兵被迫用艦上的水雷將艦體炸燬，登岸後向當地中國政府投降。直到18日下午，日軍纔在石臼所沿岸找到仍在冒煙的德艦S-90號，日軍大尉田野村欲將該艦拖走。當時的中國政府迫於國內壓力，不允許日艦拖走S-90號或在艦上懸掛日本國旗，德國駐中國公使也多次向中國政府交涉。後經中日兩國交涉，日方同意放棄S-90號並交由中方自行處理，此事才得以和平解決。
最後，S-90號艦上的全體官兵被中國軍隊解除武裝，由中國政府派兵看押至德國駐南京領事館，後依歸國程序允其返國。S-90以一人未傷的代價換取了日軍一艘巡洋艦被擊沉，280多名日軍死亡的戰果。
堡壘最容易從內部攻破
“高千穗”號的沉沒雖然給日軍造成一定打擊，但是對整個戰局沒有產生影響，在完成攻城部署之後，日軍即將發起攻擊。10月31日，是紀念日本天皇誕辰的“天長節”，日軍的總攻在一片“效忠天皇”的吶喊聲中開始。拂曉，日軍從陸地、海上對德軍防禦體系進行了持續6晝夜的火力轟擊，把德軍陣地炸成一片火海，隨即發起攻擊。
這裏先介紹一下德軍的五大步兵防禦堡壘，青島老百姓習慣稱作1、2、3、4、5號炮臺，分指爲小堪山 、小堪山北、中央、臺東鎮東、海岸等堡壘。另外，在4、5號炮臺之間還有一個小堡壘，稱爲臺東鎮堡。這五大堡壘之間除有戰壕相連之外，德軍還在地下建有用石塊砌製成的祕密運兵通道，連接於各堡壘之間。德軍的各個堡壘內的建築一般爲一大三小，即一處大型掩蔽部，周圍分佈着三座小型掩蔽部。
在五大堡壘之中，中央堡壘是日軍攻擊的重點，也是整個堡壘體系最重要的一環。據《1914年青島日德戰爭》記載，11月6日晚，日軍派出偵察兵潛入中央堡壘，基本摸清了德軍的火力配置情況。日軍加藤大佐根據彙報，斷定日軍有可能在此處突破德軍的防線。而且，經過近幾日的反覆攻擊，德軍的戰鬥意志已經出現疲憊消沉。另外，德軍一般在拂曉時分警覺性較高。故在此時，德軍的兵力應全部佈置在野戰工事內，以待敵軍突擊。也正是由於德軍這種消極古板的作戰原則，給日軍創造了一個極好的突擊時機。
和上次浮山夜襲一樣，日軍選擇在凌晨發動祕密突襲。這次突襲工兵發揮了巨大作用，工兵藉助火力掩護先是破壞了鐵絲網防禦，剪開了兩個大豁口，引導步兵進入;又潛入外壕，在壕底架起三個梯子，日軍悄然迅速地進入外壕，並翻過內壕來到掩蔽部的前面。工兵還迅速破壞了電控地雷，保證軍隊的安全。
此時，德軍依然沒有發現偷襲的日軍。直到日軍佔領了德軍前沿的散兵壕，來到距德軍掩蔽部約50米處，進行近距離偵察，才被防禦工事裏的值班德軍發現。但爲時已晚，這些德軍抵擋不住日軍的火力，匆匆逃竄，工兵趕緊上前將電話線、地雷線、探照燈線等全部割斷。
11月7日凌晨1時20分，日軍突擊隊兵分兩路迂迴到堡壘的後方，來到巨大掩蔽部的大門前不足30米處時，發現外面只有一名德軍的監視哨兵在值勤，那名德軍士兵被眼前突如其來的情況驚呆了，竟忘了鳴哨報警，日軍見狀迅速地衝了上去。隨後，日軍包圍了掩蔽部。最後，日軍士兵來到掩蔽部大門外的樓梯口向掩蔽部內的德軍喊話勸降。沉默片刻後，德軍的指揮官決定放下武器。很快，日軍的太陽旗插上了德軍的前沿堡壘。
中央堡壘失陷以後，德軍步兵防禦線很快全線崩潰。日軍乘勝追擊，又相繼攻陷了太平山炮臺和青島山炮臺，至11月7日，德軍所有炮臺均落入日軍之手。
德國總督投降後被押日本
在青島話中，有個有趣的俗語，叫做“德國打德國”，意思就是“自己給自己找麻煩”、“自相矛盾”，這個俗語就來自於德軍在日德戰爭中的最後表現，爲了不讓日軍獲得重武器，德軍最後自炸大炮，自毀戰艦。老青島人不理解，纔有了這句“德國打德國”。
從11月5日，德軍就開始自行炸燬炮臺。中央堡壘被突破後，德軍加緊破壞。11月7日清晨，德軍自爆了受到日軍圍攻的俾斯麥山炮臺。戰至19時30分，其餘炮臺也均落入日軍之手。德國總督邁爾瓦德克見大勢已去，命令餘部炸燬防禦設施，在觀象山掛起白旗。至此，青島戰役結束。
11月14日，日軍以勝利者的姿態發表佔領青島宣言。當日，包括德國總督、要塞司令官邁爾瓦德克在內的首批高級戰俘，自沙子口登船，被押往日本的福岡戰俘營。這名德國總督在日本的生活並不舒服，當時日本的報紙曾有過一篇通訊，日本記者描述了一個細節，邁爾瓦德克想要遞一封家書，但是受到戰俘收容所辦公室鈴木陸軍少將的冷落，居然流下了委屈的淚水。日本記者顯然對此沒有半分同情，作爲戰勝者，他評價道：可是他爲什麼不想一下，此時的他作爲一名戰敗的軍人剛剛成爲戰俘，回想到自己在青島殖民地時代的那種“優越感”，(畢竟)與今日階下囚的處境差之千里。
關於日德戰爭的雙方損失情況，記載各有不同。綜合來看，這次戰役德軍失蹤傷亡總數493人(陣亡199人)，加上大約3600人的戰俘。日軍蒙受了傷亡總數1900人(陣亡415人)的損失，其中，海軍損失了巡洋艦“高千穗”號，驅逐艦白妙號，一艘魚雷艇和兩艘小型掃雷艇。英國的失蹤傷亡總數爲陸軍74人，海軍9人(其中陸軍13人，海軍3人陣亡)。
對於德國戰敗原因，青島文史專家衣琳分析說是因爲德國士兵太少，“以浮山戰場爲例，87個德國人，500個日本人，軍事理論上，日德攻守雙方比例爲3：1時，戰爭能持平。但這次戰爭兵員差距太大了，怎麼能守住?”
日德青島之戰改變了東亞的國際關係格局。青島失守後，德國人丟掉了他們在亞洲大陸上最後的殖民地，也失去了德國在歐洲以外的最後一個戰略據點。而日本獨佔青島後，一方面開始大量投資工業和紡織業，進行經濟掠奪;另一方面也進一步刺激了日本稱霸東亞的野心，爲其成爲二戰策源地埋下了伏筆。
