日本士兵向沈陽的俄軍發動進攻(油畫)
1905年3月13日， 連續進攻的日軍已將俄軍的右翼包抄起來，迫使克拉帕特金將軍放棄沈陽和滿洲南部。
據報道，俄軍在戰鬥中損失慘重，日本步兵的瘋狂進攻使俄軍大約傷亡20萬人。在一次戰鬥中，僅一個團就發動了13次衝鋒。先期發動的進攻於3月8日突破了俄軍防禦中心。潰敗的士兵將13門重炮丟棄在戰場上。
與此同時，日軍大規模集結沈陽西北，迫使俄國人北撤到離沈陽三天路程的鐵嶺。倉皇逃跑的俄軍丟棄了大量武器裝備。而在日軍進逼鐵嶺的時候，俄國首都聖彼得堡的局勢也日趨惡化。工人居住區不斷掀起反戰浪潮。各省傳來的消息說，動亂局勢在不斷蔓延，地主和政府官員不斷受到暴民的襲擊。
1904年至1905年（清光緒三十年至三十一年），日俄兩國為爭奪中國東北和鄰邦朝鮮，以中國為主要戰場展開了一場戰爭，史稱日俄戰爭。長期以來，日俄各對中國東北和朝鮮懷有強烈的領土野心，中日甲午戰爭後，日本強迫中國割讓遼東半島,承認朝鮮"獨立",實際上由其控製。沙俄看到日本在亞洲大陸積極擴張勢力，於己不利，於是糾合法、德兩國進行幹涉，要求日本退還遼東半島。日本被迫屈服，引為奇恥大辱，決意擴軍備戰，伺機報複。俄國隨後引誘清政府訂立密約，取得在中國東北修建鐵路的權利，接著又強租旅順、大連。1900年，中國爆發義和團運動，沙俄乘機出兵占領東北全境，企圖據為己有，遭到中國人民的堅決反對和世界輿論的指責。日本借機與英國訂立反俄軍事同盟，要求俄國撤出在中國東北的占領軍，雙方談判沒有結果。日本便依仗英國的軍事支持和英美等國的經濟援助，於1904年2月8日派遣海軍偷襲停泊在旅順港外的沙俄太平洋艦隊，並擊沉在朝鮮仁川的俄國軍艦。日俄兩國遂於2月10日同時宣戰。
其時，日本現役兵員十三個師，二十餘萬人，海軍艦隻一百五十二艘。俄國實力遠較日本強大。但俄國陸軍精銳集中於西部邊境，駐紮遠東俄軍僅四個師，十二萬人，海軍分布於太平洋、波羅的海和黑海而且艦齡較老，戰鬥力弱。沙俄兵力分散，交通運輸不便，如調集重兵來遠東作戰,需要較長時間,因此利在推遲決戰。日本則力圖一舉奪取日本海和黃海的製海權，利在速戰速決。2月,日本黑木第一軍六萬人，在仁川登陸，迅速北上,5月初強渡鴨綠江,擊敗沙俄沿江守軍三萬餘人,攻入中國境內。占領重要據點九連城、鳳凰城，取得對俄陸上作戰的第一個勝利。沙俄在遼陽修築堅固工事,與太平洋艦隊基地旅順要塞共同作為抗擊日本陸海進攻的強大堡壘。5月5日，奧保鞏第二軍五萬人在貔子窩附近登陸，進攻沙俄金州守軍。雙方經激戰後,俄軍後撤,日軍奪取大連，取得重要補給基地，並切斷旅順俄軍與遼陽俄軍主力的鐵路交通。遼陽俄軍奉命救援旅順，雙方在瓦房溝交戰,俄軍戰敗。野津第四軍接著又在大孤山登陸,與第二軍分道北上, 會合第一軍進攻遼陽。6月初,乃木希典率第三軍進攻旅順，7月占領營口。8月，日海軍在旅順港附近摧毀俄國太平洋艦隊主力，奪得黃海、日本海域的製海權，旅順俄軍陷入重圍。8月,日軍在總司令官大山岩指揮下，一、二、四軍會攻遼陽。俄守軍十六萬人,憑借重炮和強固工事,重創日本二、四軍。日第一軍渡太子河包抄俄軍，俄軍統帥庫羅巴特金擔心被圍，命令全軍後撤。遼陽戰役中，日軍的人數、裝備均居劣勢，傷亡也超過俄軍，因俄軍指揮失誤，日軍反取得重大勝利。10月7日,俄軍渡沙河企圖包圍日軍，日軍全線出擊,大舉反攻。至16日,俄軍撤至奉天,雙方大規模戰鬥暫停,出現所謂"沙河間歇"的膠著狀態。1905年1月1日,經幾個月的圍攻,在雙方均遭極大傷亡後,旅順俄軍投降。乃木遂率第三軍移師北上，參加奉天（今沈陽）會戰。交戰雙方兵力約六十萬人，俄國三十三萬，日本二十七萬。2月23日,日軍聲東擊西，率先進攻俄軍左翼，俄軍急調右翼兵力增強左翼，乃木率軍立即向俄軍右翼迂回前進，進攻得手後，於3月4日接近奉天以北鐵路線,同時,日軍又在俄軍左翼加緊進攻,形成對俄軍大包圍的形勢。3月10日,俄軍被迫後撤,日軍占領奉天,並乘勝進據鐵嶺、開原。俄軍退至四平街,直至戰爭結束。 5月27日至28日,遠道趕來增援的俄國波羅的海艦隊在對馬海峽同東鄉平八郎率領的日本聯合艦隊進行了大規模海戰(即對馬海戰)，俄國艦隊幾乎全軍覆沒。隨後日軍又占領了庫頁島的一部分。至此，大規模軍事行動停止。
俄軍陸海軍接連失敗，導致國內政局不穩；日本雖取得勝利，但兵員傷亡重大，雙方都無力再戰。在美國調停下，從 8月10日起日俄開始議和，9月5日簽訂《樸茨茅斯和約》,主要內容:俄國承認日本得以"監理"名義處置朝鮮事務，俄國將旅大租借地及該租借地內的一切權益、公產等轉給日本；將長春至旅順間的鐵路連同支路、利權、煤礦等無償轉讓給日本；將庫頁島南部及附近島嶼割予日本。另外在附約中雙方規定在東北各自的鐵路線內每公裏駐護路兵十五名。自此中國東北成為日俄兩國的勢力範圍，出現從一國獨占變為兩國分據南北的局麵。日俄訂約後,日本又強迫清政府承認《樸茨茅斯和約》中有關中國的各項規定，並取得經營安（東）奉（天）路、修築長春到吉林的鐵路以及在鴨綠江右岸伐木等權利，又開放東三省十六處為商埠。戰後，日本加強對朝鮮的控製，至1910年（宣統二年）兼並朝鮮。
日俄戰爭期間,中國東北是雙方陸上交鋒的戰場,當地人民蒙受極大的災難，生命財產遭到空前的浩劫。清政府無力約束交戰雙方，屈辱地宣布局外中立。
