Первым звонком о возросшей активности японцев стал бой за скалу (гору) Луатхалазу. Неприятель сумел замаскировать на крутых скалах 8 полевых орудий и с их помощью отбить атаку русских.

Начало активных действий неприятеля армейский штаб Куропаткина из поступавших с передовой донесений уловил быстро и забил тревогу. Командующий Маньчжурской армией с «легкой душой» отдает приказ успешно продвигавшимся почти повсеместно вперед войскам отказаться от «идеи наступления» и перейти к обороне.

Предполагая, что 2-я японская армия генерала Оку предпримет обход правого фланга Западного отряда, Куропаткин приказал его командиру генералу Бильдерлингу отвести свои авангарды к главным силам, но тот под разными предлогами уклонился от выполнения приказа командующего. В результате контратакующие японцы атаковали авангардные силы русских превосходящим числом в сопровождении сильного артиллерийского огня. Роты и батальоны русской пехоты встречали врага огнем и штыком, но при этом гибли от огня неприятельской артиллерии.

Особенно жаркий бой произошел за деревню Эндолиулу на берегу реки Шахэ. Укрепившихся здесь японцев штурмовали 139-й пехотный Моршанский полк и два батальона 140-го Зарайского полка. Они атаковали деревню с трех сторон, не открывая при этом ружейную стрельбу. Оборонявшийся в Эндолиулу японский пехотный полк был частью перебит, частью бежал из деревни.

Русский военный ученый-стратег с мировым именем А.А. Свечин, бывший во время войны капитаном Генерального штаба, в одной из своих книг «Предрассудки и боевая действительность» немало страниц посвятил Шахэйскому сражению. Он сообщает о фактах отсутствия взаимной поддержки между соседями, что сводило на нет частную инициативу командного состава:

«Тяжелую драму такого проявления инициативы представляют действия 9-й роты 24-го Восточно-Сибирского стрелкового полка, во время нашего сентябрьского наступления (Шахэйский бой).

На 24-й полк возложена была задача — поддерживать связь между 1-м и 3-м Сибирскими корпусами, дебушировавшими из разных долин и начинавшими развертываться против японской позиции.

Командир полка, полковник Лечицкий, заметив значительный интервал между полком и 3-м Сибирским корпусом, выслал разновременно для установления более тесной связи 9-ю роту и охотничью команду (полковую разведывательную команду. — А.Ш.)

Эти части, желая выбрать себе получше места для наблюдения и обороны, направились каждая сама по себе к «проклятой» сопке — громадной, скалистой горе, бывшей тактическим ключом японской обороны (гора Сишань).

Постреливая, продвигаясь из одной лощины в другую, эти части вошли в мертвое пространство к подножию скалы, занятой японцами, и по соглашению командира роты и начальника охотничьей команды решились ею овладеть; на руках по одному вползли в тыл японцам, занимавшим сопку, и к 10 часам вечера 26 сентября после упорного штыкового боя на вершине сопки сделались хозяевами ее. Совершенно случайно, с небольшими потерями, неведомо для начальства мы владели целую ночь тактическим ключом японской обороны.

Начальство ночь с 26 на 27 сентября, тоже не спало — переговаривался по телефону командир 3-го корпуса с начальником Восточной группы корпусов, бароном Штакельбергом. Целью дальнейших действий 3-му корпусу ставилось овладение той самой сопкой, которую захватили уже лихие части 24-го полка.

Офицеры, захватившие сопку, решили дать знать о своем успехе в свой полк и в ближайшую часть войск. В темноте, в неизвестной, страшно дикой местности дозоры блуждают. Дозор, посланный в полк, пропал без вести — разбился в какой-нибудь пропасти или наткнулся на японцев. Один дозор нашел ночью одну нашу роту, но сонный ротный командир ответил, что ему приказано расположиться здесь и без приказания батальонного командира он никуда не пойдет. Послали третий дозор к батальонному командиру.

А японцы тем временем производят на горсть наших смельчаков контратаки, чтобы вернуть себе ключ своей позиции. Всю ночь атаки отбиваются. К утру истощаются патроны и энергия наших начинает сдавать; сознание громадного значения захваченного пункта начинает становиться смутным; поддержки — ниоткуда, общее равнодушие; инициатива сдает, сказываются утомление и отсутствие «предписания» защищать сопку до последней капли крови. Союз между ротой и охотничьей командой расторгается; охотники находят, что их разведочное, охотничье дело окончено на этом пункте, и охотничья команда уходит. Рота немного задерживается, но, не встречая нигде сочувствия, дух бодрости угашается, и рота отходит.

Тем временем для овладения этой сопкой двигаются 8 батальонов генерал-майора Данилова; бежит на поддержку батальон подполковника Гарницкого (22-го полка), которому только что сообщено о нашем успехе ночью. Навстречу попадаются отступающие стрелки 24-го полка, сопка уже занята японцами — с сопки сыплются пули.

На следующий день мы теряем даром без успеха свыше 3000 человек, энергия левого ударного крыла, действия которого по плану Куропаткина должны были решить успех наступления, была растрачена на воздух…»

3 октября на левом берегу реки Шахэ произошел сильный бой за Новгородскую и Путиловскую сопки, которые занял сводный японский отряд из 5 батальонов пехоты при 30 орудиях под командованием генерала Ямады. Сопки занимали выгоднейшее положение, поскольку артиллерийский огонь с их вершин «перекрывал» всю долину реки Шахэ в обе ее стороны. Командующий Маньчжурской армией приказал вернуть эти утраченные позиции.

Для штурма японских позиций на сопках были выделены пехотная бригада из состава 2-го Сибирского корпуса под командованием генерал-майора П.Н. Путилова (одна из сопок была названа его именем) и три полка — для усиления атаки. Артиллерийская подготовка продолжалась полтора часа, после чего русская пехота пошла в атаку. В ночь Путиловская и Новгородская сопки были отбиты, а отборный пехотный отряд генерала Ямады почти полностью уничтожен. Русскими трофеями стали 9 полевых и 5 горных орудий, один пулемет. Русские потери в бою составили около трех тысяч человек убитыми и ранеными. Японцам пришлось очистить соседние селения Шаланцза и Сахэпу, где они успели закрепиться.

Частный успех русских войск в бою за господствовавшие над долиной реки Шахэ Путиловскую и Новгородскую сопки не изменил общую картину сражения. Командующий Маньчжурской армией приказал занять оборонительную линию на реке Шахэ, в силу чего русским корпусам пришлось податься назад. Потеряв в многодневных боях убитыми и ранеными 988 офицеров, 39 234 солдата и 43 орудия, русская армия оказалась на позициях, которые были несравненно хуже занимаемых войсками до сражения.

В зоне боев находилась ветка КВЖД. За время сражения на Шахэ по железной дороге было вывезено в глубокий тыл раненых и больных 1026 офицеров и 32 306 солдат.

Японская армия за 14 дней беспрерывных боев тоже понесла значительные потери. По японским источникам, они составили почти 20 тысяч человек, в том числе убитыми 3951 человек. С окончанием сражения на реке Шахэ маршал Ивао Ояма на время отказался от активных действий, ожидая подкреплений с Японских островов.

Очевидец сражения на реке Шахэ британский наблюдатель генерал Я. Гамильтон в своих мемуарах описывает критическое положение японцев 13 октября, во время их наступления и штурма ими господствовавшей над местностью сопки Высокой. Схватка за нее отличалась особой ожесточенностью и потерями с обеих сторон:

«15 ч. 45 м.

Из 4-й армии прибыл адъютант с известием, что 10-я дивизия, о которой думали, что она преследует совершенно разбитых русских, получила жестокий отпор. Штаб потрясен этим известием и не знает, чему верить. В то же время и от Мацунаги из Чосенреи получено донесение, что все его атаки отбиты и что неприятель окружает его. Гвардия тоже вносит свою долю дурных вестей, так как ее знаменитое обходное движение не только совершенно остановлено, но правая ее колонна разбита; в 14 ч. ей отдано приказание отступить.