清政府起初對日本的一係列侵台活動毫無所知，直到4月19日通過英使威妥瑪才始知此事。
5月11日，清照會日方詰責，並於14日下令派福建船政大臣沈葆楨為欽差大臣，率領輪船兵弁馳往台灣，並授予他處理日本侵台事件的軍事外交大權。
6月中，沈葆楨到台後，一麵向日本軍事當局交涉撤軍，一麵積極著手布置全島防務。
他在府城與澎湖增建炮台，安放西洋巨炮；在安平廈門間裝置海底電線；增調淮軍精銳武毅銘字軍13營6500人入台，部置於鳳山；陸上防務北路由台灣鎮總兵負責，南路由台灣兵備道負責，海上防務，以揚武、飛雲、安瀾、清遠、鎮威、伏波六艦常駐澎湖，福星一號駐台北，萬年一號駐廈門，濟安一號駐福州；同時大力開通部落地區的道路，並派員招撫各處“番社”。
清政府也相繼運來洋炮20尊，洋火藥4萬磅，火藥3萬磅，士氣民心為之大振。
這些措施漸次推展開來，形成相當的聲勢，使日軍不能不有所顧忌。
這時候，台南南部惡性瘧疾流行，侵台日軍因氣候炎熱，水土不服，疾疫流行，每日死者四五名至數十名，士氣極其低落。
在進退維穀、內外交困的形勢下，日本不得不尋求外交解決的途徑。
日方全權代表大久保利通偕顧問李仙得於是年9月到達北京，在前後七次談判中，日方仍堅執日本進兵的是“無主野蠻”之地，對此清政府予以嚴厲駁斥。
大久保利通認識到，隻有在清政府所堅持的“番地屬中國版圖”的前提下，才能和平解決日本侵台問題。
當時清政府的內政外交也存在很多困難，於是在英、美、法三國出麵調停下，清政府決計讓步，於10月30日簽訂了《中日台灣事件專約》（《北京專約》）三條，除以“撫恤”及付給修道建屋費用為名償銀50萬兩外，約中有“茲以台灣生番曾將日本國屬民等妄為加害”之語，日本出兵乃為“保民義舉”，實際上等於承認琉球為日本的屬國。
日軍隨後於12月1日撤出台灣。
日本入侵台灣是對中國在台灣的主權和領土完整的一次挑戰，對中國來說，這是一次嚴重的邊疆危機。
日本侵台之役給清政府最大的教訓是，使它認識到自己的海防空虛，必須急起補救。
1875年4月，清廷發布上諭，派李鴻章督辦北洋海防事宜，沈葆楨督辦南洋海防事宜，中國近代海軍的建設從此走上軌道。
促使清政府檢討其治台政策的利弊得失另一個重要方麵是，認識到危險主要來自於外部而並不是內部。
過去清政府認為，“台灣之患率由內生，鮮由外至”外國的侵略，官員們開始重視台灣，把它稱為“七省門戶”、“南北洋關鍵”、“中國第一門戶”。
沈葆楨、丁日昌一再奏請對日本侵台應加嚴密設防，總理衙門也指出“經營台灣實關係海防大局”，這是對台灣地位的一種新認識。
在這方麵感受最深、變革最力的是沈葆楨。
光緒元年（1875年），沈葆楨撤軍內渡，同年奉旨進京，升任兩江總督兼南洋通商大臣，督辦南洋海防，擴充南洋水師，並參與經營輪船招商局，派船政學堂學生赴英法留學。
光緒五年（1879年）十一月病逝。
在日本侵台剛結束，沈葆楨就上了一個奏折，在奏折中他說；
“此次之善後與往時不同，台地之所謂善後，即台地之所謂創始也。”
從這時起，他相繼提出並實施了一係列治台政策和改革措施。