日军集中三个军的兵力约14万人，并配备了484门火炮，对辽阳发起进攻。俄军在辽阳集中了16万人的兵力以及592门火炮，并布置了三道防线。虽然俄军占据优势，但是由于平均分配前线兵力和预备兵力，被集中全部兵力进攻的日军接连突破防线。俄军指挥官库罗帕特金在日军进攻面前惊惶失措，在未完全决定胜负的情况下于9月3日命令俄军撤退。9月4日，日军占领辽阳。在这次会战中，日军死伤约2万3千人，俄军死伤约1万7千人
日俄战争中日军炮弹囤积点
日、俄对旅顺要塞的争夺也在激烈进行。日军占领金州大连之后，旅顺要塞便被孤立。沙俄在旅顺有比较雄厚的军力和坚固的防御工事，环绕旅顺口后路，大约50华里长的防线上，有用石料和混凝土筑成的白银山、东鸡冠山、二龙山、松树山、案子山、椅子山等永久性的坚固堡垒20余座。建这些堡垒时“每天大约有六万多中国劳动者在夜以继日地劳动着 ”。俄国在旅顺的陆军官兵42000人，后来又从太平洋舰队调来水兵11000人参加陆防，武器装备有大炮646门、机枪62挺，凭借坚固的工事准备固守。日军第三军除第一、第十一两个师团和三个炮兵联队外，又增加了第九师团和特种攻城部队，兵力达57000人。8月7日，日军开始炮轰旅顺港俄国军舰和旅顺市区。
沙俄在旅顺口后路第二道防线前面的开阔地上，把大大小小几十座村庄的居民赶上山去，房屋全部炸毁。许多村庄片瓦无存，唯有吴家房村剩有五间房基，战后重建时即改村名为“五间房”。沙俄军队到处抢劫，在旅顺邵家村一带，一次就抢走耕牛200余头。日俄抓中国百姓运送弹药、服劳役，许多人死在日俄炮火之下，许多无辜同胞被诬为密探惨遭杀害。
19日，日军在300门大炮的支援下对旅顺发起总攻。第一师团为右翼，主攻西部大顶子山、二0三高地等处；第九师团正面主攻龙眼北方堡垒、松树山堡垒等地，第十一师团为左翼，主攻东鸡冠山北堡、盘龙山东堡垒等地。经过激烈的战斗。日军伤亡15000多人，占第三军的1/4，损失十分惨重。
日俄战争中，许多中国百姓被日军当作俄军密探杀害
辽阳会战开始时，日军大肆宣扬他们定将获胜，英国驻日军司令部的代表扬汉弥尔顿也公开表示，他希望能亲自经历“满洲战争伟大的最后一幕”。列宁所说,在日俄“两个强盗分赃”的战争中,“不是俄国人民,而是专制制度遭到了可耻的失败。”辽阳会战是日俄战争的典型战例之一，
