28 сентября 2-я и 4-я японские армии перешли в наступление. На направлении наступления 4-й армии главный удар пришелся по позициям Томского пехотного полка. Вскоре выяснилось, что противник стал обходить левый фланг полка. Для его прикрытия 3-я сотня верхнеудинцев стремительно выдвинулась на направление обхода японцев, спешилась, удлинив и отчасти загнув левый фланг пехоты. Через некоторое время весь отряд генерала Мищенко занял позицию на левом фланге Томского полка. 1 — я Забайкальская батарея перенесла огонь по обходящему противнику и вместе с 3-й сотней остановила продвижение его вперед. Сотня потеряла одного казака убитым и несколько ранеными.

До получения приказа на отход казаки Мищенко находились под огнем японцев, который все время усиливался. Подходили все новые и новые резервы противника. Казаки вели, как тогда было принято, непрерывный залповый огонь. Многие начальники судили о боевой части по умению вести залповый огонь, хотя эта войсковая традиция стала отживать свой век. Редкие японские цепи должны были обстреливаться прицельным огнем, а по их скоплению нужен был огонь пулеметов — но ими своевременно не вооружили казаков.

29 сентября отряд Мищенко был усилен 4-м Сибирским полком. В течение двух дней шел неравный бой с превосходящими силами противника, сосредоточивающего свои усилия на левом фланге и перед фронтом отряда. Казаки стойко удерживали свои позиции, не допуская обхода левого фланга 4-го Сибирского корпуса и прорыва японцев между этим корпусом и войсками генерала Штакельберга.

Ночью 29 сентября японцы, отброшенные в ходе дневных боев, тихо приблизились к позициям казаков, заняв близлежащие противоположные деревни. Утром противник стал выдвигать артиллерию для подготовки атаки, но не успели выйти на огневые позиции две горные батареи, как были буквально расстреляны 1-й Забайкальской казачьей батареей. На поле боя остались убитые и раненые японские артиллеристы, лошади, брошенные и подбитые орудия, вьюки. Около 15 часов японцы вновь попытались выдвинуть легкую батарею на позицию, но и на этот раз шрапнельный огонь казачьей батареи заставил японских артиллеристов и подразделения прикрытия бежать, бросив пушки и убитых.

В ночь на 30 сентября противник сосредоточил против отряда Мищенко шесть батарей, произвел перегруппировку пехоты и с утра повел наступление на казаков. Более двух артиллерийских батарей обрушили свой огонь на 1-ю Забайкальскую казачью батарею, пытаясь не позволить ей сорвать атаку густых японских цепей с фронта и с фланга.

Из-за того, что сильная обходящая колонна японской пехоты повела решительное наступление, отряд часть своих сил выделил для противодействия обходу. Две сотни казаков с двумя орудиями выдвинулись на левый фланг и ликвидировали угрозу охвата.

Несмотря на тяжелое положение, превосходство противника, большие потери, казаки отбили все атаки, а обходящий отряд отошел в исходное положение. Во многом отряд Мищенко обязан был великолепной стрельбе казачьей батареи полковника Гаврилова.

С подходом на подкрепление батальона Выборгского полка часть сотен вместе с пехотными ротами перешли в наступление и заняли японские окопы. I — я Забайкальская батарея успевала вести контрбатарейную борьбу и поддерживать атаку казаков и пехотинцев.

Вечером отряд Мищенко был сменен бригадой 22-й пехотной дивизии и отведен назад, но утром обнаружилось, что пехота, никого не предупредив, отступила, и казаки опять оказались впереди своих войск. Перешедшие в наступление японские цепи были остановлены огнем 1-й Забайкальской казачьей батареи. Отряд быстро снялся с бивака и занял оборонительные позиции. Забайкальские казаки снова втянулись в тяжелый оборонительный бой, охраняя левый фланг 37-й пехотной дивизии, которая до позднего вечера последней удерживала высоты правее отряда. Стойкость казаков отряда во многом способствовала успеху 37-й пехотной дивизии при ведении оборонительного боя и при отходе ее к вечеру 1 октября. 1 — я Забайкальская казачья батарея находилась на огневой позиции до последнего снаряда, не позволяя японцам организовать преследование отходящей дивизии.

В течение последующих пяти дней сражение стало постепенно затихать. 6 октября, в последний день Шахэйского сражения, 1-я Забайкальская батарея выдержала тяжелую артиллерийскую дуэль с двумя японскими полевыми батареями. В бою был тяжело ранен подъесаул Н.В. Никонов. Несмотря на град японских шимоз и дождь картечи, казаки-артиллеристы не уронили славы своей батареи и вышли из тяжелейшего боя победителями, заставив замолчать обе эти батареи. С последними выстрелами 1-й Забайкальской казачьей батареи закончилось сражение на реке Шахэ. Обе стороны свои поставленные задачи не выполнили.

Потери составили: убитыми — 3951 человек — японцы и 870 человек — русские; общие потери — японцев — до 20 тысяч человек, русских — 41 473 человека.

После Шахэйской операции началось «зимнее сидение» на Шахэ. Обе армии до середины января 1905 года не вели активных боевых действий.

После окончания боев и наступления затишья отряд генерала Мищенко сначала был отведен в деревню Эрдагоу, потом в деревню Модзятунь, где он простоял до начала декабря.

В сентябрьских боях на Шахэ казаки больше действовали как пехота в обороне и наступлении, вели разведку, охраняли фланги. «Благодаря» неумелому применению казачьей конницы высшим руководством Маньчжурской армии, 102 сотни не смогли воспользоваться своим преимуществом над конницей противника. Дерзкие рейды в тыл на коммуникации японских армий даже не планировались. Успешный выход отряда генерала Ренненкампфа во фланг 1-й армии Куроки под Бенсиху не был использован для разгрома этой армии. Лишенный поддержки главных сил Восточного отряда, удерживаемый Штакельбергом, выполняющим указания Куропаткина, — только «подготовиться занятием исходных позиций для наступления»… — лишенный личной инициативы, отряд Ренненкампфа, загнанный в горный район, упустил возможность разгромить бригаду Умесавы и захватить Бенсиху, в котором были сосредоточены большие запасы продовольствия и открывался путь для набега на тылы японской армии.

Забайкальские казаки выполнили свой воинский долге присущей им доблестью. Все — от казака до начальника отряда — проявили в этих боях мужество и героизм. Офицеры отряда Мищенко рассказывали В. А. Апушкину, военному корреспонденту и участнику тех событий, про своего начальника: «Мужество, с которым он стоял открыто, во весь рост, — говорили они, — под ужасным огнем, сразившим возле него сотника Симонова, поручика Молодченко, разорванного снарядом хорунжего Петрова и нескольких казаков из конвоя, очаровывало всех нас, подчиняло себе и изумляло… Уцелеть ему — казалось чудом».

И это не бравада, в тот момент так нужно было для дела. Каждый казак, видя, что под ураганным огнем противника их начальник не уходите поля боя, сам старался подражать ему, до конца исполняя свой воинский долг. Личная храбрость, пусть даже граничившая с неосторожностью, всегда вызывает уважение. Страх присущ всем людям, но перебороть его и своим примером помочь сделать тоже подчиненным — удел сильных личностей. На подсказки подчиненных — уйти в укрытие, ссылки на благоразумие и намеки на несообразность положения командира в стрелковых цепях, — Мищенко неизменно отвечал: «Я своих казаков знаю, им, знаете ли, легче, когда они видят, что и начальству плохо приходится».

Мищенко казаки любили за храбрость, а Ренненкампфа — уважали. Два генерала, ревниво относившиеся к своей славе, оба командовавшие забайкальскими казаками во время похода в Китай и в Русско-японскую войну, имевшие высокие боевые награды империи, добившиеся больших должностей, примерно одинаково закончили своё служение России.

Ренненкампф, до конца своих дней не снимавший форму забайкальских казаков, был расстрелян новой властью в 1918 году в Таганроге (убит толпой солдат-дезертиров — по другим источникам); Мищенко, живший в Темирханшуре, отказавшись снять погоны и свои награды по требованию группы из рабочих и солдат, обыскивающих его дом с целью доказательств контрреволюционной деятельности, застрелился, не вынеся хамства и оскорблений разнузданного «гегемона». Они — Ренненкампф и Мищенко — стали жертвами революции 1917 года, в которой не принимали участия.