浮山和孤山失守，德军失去了控制青岛市内的制高点，不得不全面退守主防御线堡垒一侧，日德战争第一阶段结束。

9月26日，日本陆军火炮猛轰德军各炮台，日海军亦从海上轰击各海防炮台。

日英联合舰队在大公岛外海水域用200毫米、210毫米、250毫米及305毫米口径的舰炮，向青岛的各德军控制山头炮台及沿海阵地发炮轰击，但命中率极差，不足以给德军造成巨大损失。

德军不甘示弱，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，上次南海冲突战中被特区海军击沉，日德战争爆发后由新型巡洋舰继承舰名，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。

空军方面，传奇飞行员普吕肖夫作为德国最早最著名的战机飞行员，与日机进行激烈空战之外，还驾机向日舰发起多次突袭攻击。

9月30日，日军水上机母舰若宫丸号在崂山湾躲避普吕肖夫的飞机炸弹时慌不择路，触到水雷受损，飞行队不得不转移到陆上基地，依靠修理舰关东丸号进行紧急修理。

10月2日，普吕肖夫驾机发现这艘修理舰，立刻对关东丸号投弹空袭，投下两枚炸弹，一枚命中目标爆炸，该舰遭到重创，失去修理能力，自身也必须进行修理。

于是，等待修理的若宫丸号不得不在六天后的10月8日，返回日本佐世堡军港进行大修。

10月31日是日本大正天皇的生日，日本称为“天长节”。

是日，日军于此日向青岛德军发起总攻击。

日本陆军炮兵在新登陆参战的海军重炮联队配合下，向德军各炮台、堡垒猛烈炮击。

日本步兵向各堡垒群发动了一波又一波的集团攻击。

德军依托坚固的堡垒拼死抵抗，各炮台亦向日军猛烈回击，战斗至为激烈。

仅11月1日一天，日军就向德军阵地倾洒了1600吨炮弹，德军发射的炮弹数量亦与之相当。

经多日激战，德军弹药日渐匮乏，炮台、堡垒损毁日增，火力逐渐减弱。

11月7日凌晨1时30分，日军突击队趁德军极度疲惫之机，偷袭中央堡垒，经过激烈肉搏之后，中央堡垒陷落。

德军遂集中全部炮火轰击中央堡垒，组织军队反攻，企图夺回堡垒，但未能成功。

日军乘势从前后两面夹击各堡垒，先后攻陷湛山、台东镇等堡垒。

伊尔奇斯诸炮台随后相继失守。早6时，俾斯麦南炮台失陷。6时30分，俾斯麦北炮台亦告失守。至此，德军最后一道防线全线崩溃。

7时，德军在信号山悬挂白旗投降。

是役，德军战死数百人，被俘4000余人;日军在进攻中遭到德军速射炮和重机枪的猛烈扫射，死伤远远高于对手，达到1000余人。德军在投降前夕，将炮台火炮自行炸毁，军舰、浮船坞自沉海中。

德军即将战败的时候，普吕肖夫受德国青岛总督瓦德克之命，携重要机密文件飞离青岛向上海方向突围。

飞行250公里后到达连云港郊区，因燃油耗尽迫降在一片水田里，布吕肖夫中尉纵火烧毁飞机，随后被中国政府收容，安全抵达南京。

他向德国领事馆交出秘密文件后，从上海乘船出发返回德国。

但当他持假护照，冒充荷兰水手，途径地中海直布罗陀时，被英国士兵盘查抓获，发现他就是来自青岛的德军著名飞行员，立刻被送往英国莱斯特郡多宁顿城堡的一座战犯集中营关押。

三天后，他竟然在一场暴风雨中越狱逃脱，终于辗转回到德国，但他刚到德国，就被当做间谍抓了起来，因为根本没有人相信他能完成从青岛突出日军重围，并以一己之力回到德国的壮举。