一八九四年甲午中日战争爆发后，淮军接连失利。清政府决意起用湘军旧将参加抗敌。任命湘军宿将两江总督、南洋大臣刘坤一为钦差大臣，督办东征军务，节制关内外大军。檄李光久、陈湜、魏光焘等湘军旧将率兵出关作战。一八九五年一月，李光久率老湘军五营出山海关到达海城前线，从二月十六日起先后参加了清军第三、四、五次反攻海城的作战。
二月底，正当清军集中一百余营，六万余兵力进行第五次反攻海城时，日军集中在东北战场上的第一、三、五，三个师团主力，发动了辽河冬季扫荡战。第五师团由九连城，凤凰城西进，被困在海城的第三师团也乘机突围。两军会合，于三月二日占领了鞍山站。五日，向牛庄发动进攻。时守牛庄的清军仅有魏光焘所部武威军六营，众寡悬殊。李光久闻警，急忙由海城西三台子率老湘军驰援。“土卒疾行二十余里，至牛庄，未及造饭，已被围”。李光久即将五营老湘军分为三路迎敌，与日军展开激烈的巷战。两军逐屋争夺，犬牙交错。清军被分割包围，据民房苦斗。
战至日暮，日军人多，主要街巷均被日军占据。李光久与魏光焘率残部由城西突围出，又遭堵截。日军沿街口纵火，切断清军退路。清军伤亡惨重，李光久仅以身免。牛庄最后失守。在牛庄争夺战中，湘军战斗得十分顽强，李光久表现也是好的。日军虽然夺取了牛庄，但也付出了惨重的代价，不得不承认“我军战颇苦”。第二十一联队第一大队长今田唯一少佐被击毙，将卒死伤三百八十九人。清军伤亡二千五百余人，被俘六百余人。牛庄失守后，李光久率老湘军残部随东征军务邦办吴大瀓退走双台子、锦州。光绪二十五年(一八九九年)调补苏松太道，嗣调江海关道，不久调晋浙江按察使，统浙省马步三十六营驻防宁波。