接着嘉义告急，刘永福命令黑旗军统领王德标迅速率领所部七星队北上增援，又派部将杨泗洪节制前敌黑旗军各营及各地义军密切配合，并亲赴嘉义前线坐镇指挥。杨泗洪在嘉义附近推行“联庄法”，各路义军协力作战。因而连获大捷，杀敌近千人，并相继克复云林、苗栗，反攻彰化。但黑旗军和义军在连续苦战之后，断饷缺械，刘永福派人回大陆求援，清政府不但不予接济，反而将内地募捐援台款项强行扣留，并下令严密封锁沿海，断绝对台增援。刘永福痛心疾首，发出“内地诸公误我，我误台民”的悲叹！
1895年9月11日，日本又派第二师团增援台湾。在其海军的配合下，于10月8日，疯狂地进逼嘉义城。守将王德标在城外暗埋地雷，炸死日军700多人。其余仓惶溃退，半路又被伏兵截击，死伤甚众，近卫师团长北白川能久中将亦重伤毙命。翌日，日军用大炮猛烈轰击，城墙崩塌，日寇拥入城中。王德标率领黑旗军和义军战士与敌人展开巷战，终因势孤力弱，只好退到台南曾文溪一带。
10月15日，日舰进攻台南东南的打狗港。刘永福的养子刘成良率军多次打退敌人的进攻，后来守卫炮台的兵士饥饿不能战，成良退守台南。
这时，据守曾文溪的黑旗军和义军将士，在王德标、徐骧的指挥下与日军展开白刃格斗，徐骧阵亡，王德标不明下落，台南最后一道防线失守。日军攻占曾文溪，立即调集海陆精锐部队，夹攻台南城。10月18日，刘永福召集部将会议，商讨战守之计，未得结果。次日，日军大举进攻安平炮台，刘永福亲手点燃大炮，轰击敌舰。当晚，日军攻城益急，城内粮尽弹绝，在艰苦的恶战中，士兵饥疲力尽，至不能举枪挥刀。当时城内秩序混乱，刘永福欲冲回城内，部众极力劝阻道：“各路倭兵大至，此城万不可守，请公去。”刘永福见大势已去，仰天捶胸，呼号恸哭说：“我何以报朝廷，何以对台民！”当天深夜，刘永福带领刘成良等十人余乘坐小艇，然后搭上英国商船“迪利斯”号内渡厦门，21日台南陷落。台湾全境被日寇占据。
刘永福的晚年，仍关心国事，体恤民瘼。1907年，钦州三那（那桑、那黎、那彭）群众在刘思裕的领导下，举行声势浩大的抗捐运动，刘永福对此予以同情和支持。1911年，刘永福加入同盟会，参加推翻封建王朝的反清斗争。辛亥革命胜利后，他应广东都督胡汉民的邀请，出任广东民团总长，不久辞职回家。1915年，袁世凯与日本签订了亡国灭种的“21条”，刘永福义愤填膺，拍电谴责袁世凯卖国求荣，并表示，如果日本逞凶，他愿以老朽之躯充当先锋，与宿敌决一死战。1917年1月9日，这位威名远振的反帝爱国将领溘然长逝。享年80岁。
纵观刘永福的一生，他从一个反清斗士成为反帝骁将，为捍卫中国领土完整和维护民族尊严，先后同法国和日本侵略者进行了艰苦卓绝，不屈不挠的战斗，屡建奇功，不愧为中国近代史上卓越的军事家、著名的民族英雄。
