Giai đoạn I (1885-1888)

Đầu năm 1887, Phó tướng Cao Thắng nhận trách nhiệm chỉ huy, Phan Đình Phùng ra bắc tập kết lực lượng khi nhận thấy lực lượng nghĩa quân suy yếu

Giai đoạn này cuộc khởi nghĩa Hương Khê chủ yếu tập trung chiêu tập binh sĩ, huấn luyện nghĩa quân, trang bị vũ khí cùng với việc củng cố căn cứ ở vùng rừng núi

Nghĩa quân chế tạo súng trường theo mẫu Pháp

Giai đoạn II (1889-1896)

Lãnh đạo Phan Đình Phùng từ Bắc Kì trở về trong tháng 9 năm 1889.

Cuộc khởi nghĩa Hương Khê lúc này đã có khoảng ngàn lính. Nhờ Cao Thánh chỉ huy mà lúc này đã có 500 khẩu súng tốt.

Nhận thấy công cuộc khởi nghĩa đã được chuẩn bị chu đáo, Phan Đình Phùng quyết định mở rộng đìa bàn khắp bốn tỉnh Nghệ An, Thanh Hóa, Quảng Bình và Hà Tĩnh = > Làm cản trở quá trình thôn tính và đàn áp nhân dân ta của thực dân Pháp.

Đối phó với hành động này, quân Pháp bố trí nhiều đồn lẻ phong tỏa khu vực nhằm cản trở hoạt động của nghĩa quân Hương Khê. Chỉ tính riêng ở Hương Khê đã có 20 đồn với 30 lính canh tại mỗi đồn

Quân Pháp bị đánh trả, tập kích suốt một vùng rộng lớn từ Nghi Lộc, Thanh Chương đến Diễn Châu, Yên Thành. Cuộc khởi nghĩa Hương Khê trong giai đoạn này đã tổ chức được 28 trận lớn nhỏ.

Từ năm 1889, nghĩa quân Hương Khê liên tục mở các cuộc tập kích đẩy lùi nhiều trận càn quét, đồng thời cũng chủ động tấn công với nhiều trận thắng như trận công đồn Trường Lưu vào tháng 5 năm 1890, trận tập kích tại thị xã Hà Tĩnh vào tháng 8 năm 1892.

Sau nhiều trận thất bại, đầu năm 1892 thực dân Pháp mở nhiều cuộc càn quét, đặc biệt là trận càn quét vào khu Hói Trùng và Ngàn Sâu vốn là căn cứ của tướng Cao Thắng.

Nghĩa quân tiến đánh đồn Trung Lễ vào ngày 7 tháng 3 năm 1892. Nguyễn Hữu Thuận tiến đánh huyện Thanh Hà và bắt sống tri huyện, còn Cao Thắng cho quân giả lính khổ xanh bắt sống Đinh Nho Quang.

Nguyễn Hữu Thành đã chỉ huy nghĩa quân Hương Khê đánh phá nhà lao và giải cứu được hơn 70 nghĩa sĩ bị cầm tù vào ngày 23 tháng 8 năm 1892.

Tháng 11 năm 1893, Cao Thắng cùng 1.000 quân tấn công vào Nghệ An, tuy nhiên Cao Thắng bị thương rồi hy sinh gây tổn thất lớn cho nghĩa quân. Lợi dụng cơ hội này, quân Pháo siết chặt vòng vây, nghĩa quân cố gắng đánh trả nhưng thế lực suy yếu dần.

Ngày 17 tháng 10 năm 1894, nghĩa quân giành thắng lợi trong trận chiến ở núi Vụ Quang.
Ngày 28 tháng 12 năm 1895, Phan Đình Phùng bị thương nặng rồi hy sinh.

Những thủ lĩnh cuối cùng một phần bị tử trận, phần không chịu được quá lâu nơi rừng sâu nước độc, hoặc bị bắt rồi giết. Đến đây, khởi nghĩa Hương Khê tan rã.