清同治十年（1871）12月，琉球宫古岛的一艘贡船遇大风无法入港，漂流至台湾琅峤地方。船上乘客66人登陆上岸，几天后与高士佛社“番民”相遇，54人被害。被害原因一说为劫掠杀害，也有研究根据现代的访谈资料指出，琉球人被杀是双方语言不同，交流误会引起的。幸存者得汉人相助送往台湾府，清政府依照惯例将他们转至福州，抚恤归国。1872年，美国原驻厦门领事李仙得（Charles William Le Gendre）受雇于日本政府，向日本政府提交了详细阐述台湾“番地无主论”的备忘录，认为清政府对台湾“番地”没有主权。1873年，一艘日本船只漂流到台湾被“生番”劫掠，引发日本国内“征台”情绪高涨。同年11月，日本政府外务卿副岛种臣为换约赴清，派随员柳原前光向清朝总理衙门询问同治十年琉球漂民事件，要求惩办“台番”，大臣毛昶熙以“生番”化外以对。其实，日本对台湾经济和战略价值早有了解，明治维新后，为安抚国内士族，在“征韩论”之后，又有“征台论”出台。在取得清政府口实后，日方遂以惩罚“生番”，且“番地无主”为借口，积极策划征台。1874年4月，明治政府设“台湾蕃地事务局”，以西乡从道为都督，并向英美等国租购轮船火器，做出兵准备。

日本原计划1874年4月18日从长崎出兵，但征台一事在政府内部遭遇木户孝允等极力反对，英美等国也不愿租借船只，明治政府遂下令中止此事。但西乡从道拒不受命，于4月27日率兵出动。5月7日，首批日军上岸，陆续于社寮集结，扎营于龟山。在日本计划4月18日出兵时，英国驻华公使威妥玛（Thomas Wade）便问询清总理衙门日本出兵之事，后陆续有法国、西班牙公使来问；4月30日，又在厦门见日本兵船，恭亲王遂于5月14日上奏，由船政大臣沈葆桢以巡阅为名前往台湾查看，相机办理。

5月22日，日军在石门与“生番”发生战斗，牡丹社头目父子战死。同日，西乡从道抵台。台湾南路同知袁闻柝亦带来闽浙总督李鹤年照会，称台湾属中国版图，日军出兵有违万国公法。但日军仍继续招抚附近社庄，准备进攻牡丹社和高士佛社。6月1日，日军三路入山作战，4日攻入牡丹、高士佛等社。后撤回龟山，继续招抚，并加派驻军，作久驻之计。

5月29日，清廷授沈葆桢为钦差办理台湾等处海防兼理各国事务大臣，定“舌战、预防、开禁”三策。6月17日，沈葆桢与福建布政使潘霨至台，一面交涉，一面设防。赴台之初，沈葆桢便在台南开建安平炮台；7月，沈葆桢等奏请洋枪队援台获准，清廷接受李鸿章建议，改调江苏武毅铭军。9月26日，6500余名勇丁在凤山上岸。其间，亦在台招募“安抚军”等团练乡勇。

8月，日本派大久保利通为全权大臣赴北京与清政府会谈，强辩台湾内山主权问题，清廷则答以台湾内山归中国版图，“生番”属中国管辖。经多轮谈判，在英国公使威妥玛介入下，双方达成和议。10月31日，中日签订3条互换条款，史称《北京专约》或《北京专条》，主要内容为：清朝承认日本出兵为“保民义举”；清廷对日本方面给予抚恤银两并购回日军所建道路房屋；双方往来公文注销，“永为罢论”。

1874年12月20日，日军完全撤出台湾。此后，清政府分别交给日本方面抚恤金10万两和购买道路房屋费用40万两。《北京专约》“保民义举”的说法给了日本并吞琉球口实。1875年，日本强令琉球废止与清朝朝贡关系，使用明治年号；1879年，改琉球藩为冲绳县。在牡丹社事件刺激下，清廷加强了对台湾的治理，实行“开山抚番”政策；中法战争后，1885年在台湾建省。台湾屏东县牡丹乡建有牡丹社事件纪念公园。