Первый штурм Порт-Артура был возложен на армию генерала Ноги, насчитывавшую до 50 тыс. солдат и около 400 орудий. К началу войны в крепости была частично готова береговая оборона, а сухопутной фактически не существовало. Генерал-лейтенант А. М. Стессель, комендант крепости и с марта 1904 г. начальник Квантунского укрепрайона, мало соответствовал своей должности как человек поверхностный и склонный к паникерству. Всю работу по укреплению Порт-Артура проводил начальник сухопутной обороны генерал Р. И. Кондратенко. Ему активно содействовали начальник артиллерии крепости генерал В. Ф. Белый, инженеры С. А. Рашевский, А. В. Шварц и др. Благодаря их энергичным усилиям по ускоренному строительству фортов, возведению батарей и редутов был создан сильный оборонительный пояс. К началу осады русский гарнизон насчитывал свыше 42 тыс. человек. 6 августа японцы атаковали почти по всему периметру обороны и заняли отдельные участки. Осадные японские батареи 2 дня неустанно обстреливали русские укрепления. В ночь на 8 августа натиск был отбит. Тогда Ноги резко увеличил войска прорыва, после чего японцы проникли в крепость в районе Китайской стенки. Мощный огонь русской артиллерии и атаки пехоты с флангов позволили выбить врага. Потеряв до 20 тыс. человек, Ноги перешел к методической осаде. Эта победа была достигнута благодаря умелым действиям Кондратенко и героизму защитников крепости. Отбитый штурм улучшил положение русской армии в Маньчжурии, заставляя противника распылять сухопутные силы. 6 сентября японцы вновь попытались взять крепость с боя, но, понеся большие потери, прекратили второй штурм. Не удался Ноги и третий штурм Порт-Артура 14 октября, хотя японский обстрел из 11-дюймовых гаубиц привел к большим разрушениям в системе фортов и батарей.
К середине ноября силы японцев, получивших свежую кадровую дивизию, втрое превысили ряды защитников крепости, сокращавшиеся из-за военных потерь и болезней. 13 ноября 1904 г. начался четвертый штурм, нацеленный на захват гор Высокой и Плоской. 22 ноября, пользуясь огромными потерями русских, японцы заняли Высокую, что привело к окончательной гибели русской эскадры Порт-Артура, расстрелянной японцами на внутреннем рейде. В начале декабря гарнизон Порт-Артура в 4–5 раз уступал противнику, вплотную подошедшему к линии фортов. Вплоть до своей гибели 2 декабря Кондратенко стремился продлить сопротивление, оттягивая силы японской армии. Назначенный на его место генерал А. В. Фок при поддержке Стесселя создавал условия, при которых защита Порт-Артура становилась невозможной. Он сокращал гарнизоны отдельных укреплений, не давал им поддержки при атаках, после японских обстрелов приказывал их оставлять, даже если защитники отбили врага. Большинство созванного 16 декабря Стесселем военного совета не поддержало решения о сдаче крепости. 19 декабря начался бой на линии обороны Порт-Артура. Всего несколько десятков человек на высоте Большое Орлиное Гнездо отбили 5 атак японцев. Перед шестой произошел взрыв склада гранат, в результате которого погибли все офицеры, и защитники покинули высоту. Еще до окончания боя Стессель и Фок, не уведомив других генералов гарнизона, отправили к японскому командованию парламентеров с согласием на капитуляцию. 20 декабря после 157 дней осады был подписан акт о капитуляции, согласно которому в плену оказались 23 тыс. офицеров и нижних чинов. Японцы не допустили выхода русского гарнизона с оружием в руках. Знамена и документы порт-артурских полков были вывезены пятью эсминцами, прорвавшимися в Чифу. За сдачу ПортАртура Стессель был предан военному суду и приговорен к смертной казни, которую вскоре заменили на заключение, а потом Николай II его и вовсе помиловал. Героический 50-тысячный гарнизон крепости почти год притягивал целую армию неприятеля. На момент капитуляции армия Ноги насчитывала около 100 тыс., потеряв за время осады и штурмов более 110 тыс. солдат и офицеров. Оборона Порт-Артура стала новой страницей в истории русского военного искусства и мужества русского воинства.
Сухопутные бои русской армии начали разворачиваться с середины апреля 1904 г. Силы сторон были приблизительно равны, но японцам предстояло форсировать реку Ялу, отделявшую Корейский полуостров от Маньчжурии, и произвести высадку десанта с моря. В этой ситуации русские могли действовать более активно, чему мешали просчеты командования. Генерал А. Н. Куропаткин, возглавлявший Маньчжурскую армию, был опытным военачальником, но ему не хватало решительности и воли. Численно незначительные русские силы располагались небольшими группами вдоль железной дороги Порт-Артур — Ляоян. При форсировании неприятелем Ялу русский отряд всего в 15 тыс. штыков, потеряв 3 тыс. убитыми и ранеными, отступил на север. Победа обеспечила японцам высадку войск на Квантунском полуострове. Перерезав железную дорогу на ПортАртур, генерал Оку в середине мая подготовил десант армии Ноги на Ляодунь.
Положение на маньчжурском театре летом 1904 г. характеризовалось упорным продвижением японских войск, поскольку Куропаткин уклонялся от решительных боев до подхода крупных подкреплений. Постоянные отступления не способствовали выработке военной стойкости у солдат и офицеров, что было необходимо, так как Русскояпонская война стала первой крупной кампанией, в которой действовали резервисты, не прошедшие военного обучения и не имевшие боевого опыта. К началу августа армия Куропаткина, получившая подкрепления, насчитывала до 130 тыс. штыков при 670 орудиях и включала два отряда (Южный и Восточный), державших оборону на подступах к г. Ляояну, расположенному на северо-западе от ПортАртура. Однако почти половина армии находилась в резерве и на флангах. 13 августа 1904 г. японская армия под командованием генерала Ойяма пошла в наступление практически без резервов. Русские войска достаточно успешно отбивали атаки неприятеля, что подняло боевой дух армии. Несмотря на это, командование 21 августа отдает приказ об отступлении, опередив на 2 часа Ойяма, готового оставить позиции, так как японские части выдохлись в кровопролитных боях. Ляоянское сражение показало недостаточную координацию действий русских войск, хаотичность редких контратак, отсутствие точных карт местности, из-за чего отряды терялись и попадали под огонь своих батарей. Несмотря на отступление, обстановка благоприятствовала русской армии, так как порт-артурский гарнизон сковал крупные силы противника. Японцы, численно уступая русским, не могли рассчитывать на быстрое пополнение. В этих условиях Куропаткин решился на контрнаступление в районе р. Шахэ, сосредоточив на направлении главного удара лишь треть армии, а вспомогательного — четверть. Русское наступление, начатое 22 сентября и заставшее неприятеля врасплох, развивалось так медленно и нерешительно, что японское командование сумело организовать оборону, а главное — перейти в контрнаступление. Остановить японцев смогли после 2-недельных боев, потеряв свыше 40 тыс. человек. Обе стороны перешли к позиционной войне.
Куропаткин, назначенный еще в октябре 1904 г. главнокомандующим вместо Алексеева, имел в своем распоряжении три армии, численно превосходящие японцев. Наступление 12–15 января 1905 г. на деревню Сандепу стоило русской армии потери 12 тыс. человек и не принесло никаких результатов. Обострявшееся внутриполитическое положение заставляло правящие круги России более настойчиво требовать военных успехов. Сразу после неудачи при Сандепу стали готовить новое наступление. Японская сторона получила подкрепление после падения Порт-Артура.
Мукденское сражение по своим масштабам было невиданным для того времени. На 160-километровом фронте столкнулись две крупные военные силы. Японские армии насчитывали 260–270 тыс. штыков, около 900 полевых, 170 тяжелых орудий и до 200 пулеметов. Русские не уступали ни в численности войск (свыше 270 тыс. штыков), ни в артиллерии (более 1200 полевых и 250 тяжелых орудий), но недопустимо отставали в обеспеченности новейшим вооружением — только 56 (!) пулеметов. Сражение, начавшееся 5 февраля наступлением японской армии, длилось без перерыва три недели. Под Мукденом вновь проявились неспособность командования предугадывать действия противника, нерешительность при обнаружении его обходных маневров, неумение пойти на риск для деморализации противника. После прорыва фронта японцами и возникновения реальной угрозы окружения 25 февраля начался отход русских армий. Действия арьергардных частей, геройски сдерживавших натиск противника, позволили войскам уйти из мукденского мешка, но не помогли избежать больших потерь. Они составили около 69 тыс. убитыми, а 21 тыс. попала в плен. Потери японцев тоже были значительны — свыше 70 тыс. человек. В ходе отступления армия утратила боеспособность: проявилось падение дисциплины и нарастание недовольства солдат и офицеров бездарностью командования, которое стало выливаться в антивоенные выступления. Вести о революции в России накаляли обстановку. Смещение Куропаткина как главного виновника поражения в Маньчжурии ничего не могло изменить. Однако и после Мукдена царизм с упорством обреченного продолжал войну, сделав ставку на 2-ю Тихоокеанскую эскадру.
