После завоевания господства на море японское командование решило взять Порт-Артур. Эта задача была поставлена перед Третьей армией генерала Ноги, которая располагала 45—50 тысячами штыков при 394 орудиях. К началу войны в крепости была более или менее готова лишь береговая оборона. Сухопутной обороны фактически не существовало. Комендантом крепости с августа 1903 г. был генерал-лейтенант А.М.Стессель (в марте 1904 г. он стал начальником Квантунского укрепленного района). Стессель был неуравновешенным человеком, склонным к паникерству. Но среди гарнизона оказались энергичные и способные люди, сумевшие организовать работы по укреплению крепости (генералы Р.К.Кондратенко и В.Ф.Белый, инженеры С.А.Ращевский и А.В.Шварц). Поспешно строились форты, возводились батареи и редуты. Вооружение крепости составляло 646 орудий и 62 пулемета. Гарнизон крепости насчитывал к тому времени 42,5 тысячи человек, из них около 30 тысяч пехоты; кроме того, имелся гарнизон из 8 тысяч моряков. 3 августа генерал Ноги прислал парламентеров с предложением сдать крепость, но получил отказ. 6 августа начался общий штурм крепости. Однако японцы не смогли преодолеть русские силы. После этого началась методичная осада крепости. Неудачный штурм стоил японцам 15 тысяч человек (против 6 тысяч у русских). Героизм защитников Порт-Артура и умелые действия Кондратенко и его помощников позволили одержать первую победу в этой войне.
На Маньчжурском театре военных действий японская армия в июне — июле медленно продвигалась на север. Куропаткин, ожидая подкрепления, отступал. Моральное состояние армии было подавленным. В начале августа маньчжурская армия, разделенная на два отряда (Южный и Восточный), занимала оборону у г. Ляояна. Всего в распоряжении Куропаткина насчитывалось до 128 тысяч штыков при 673 орудиях. Однако большие силы находились на флангах и в резерве. Японские войска насчитывали 110 тысяч штыков при 496 орудиях. Утром 17 августа японцы начали штурм русских позиций под Ляояном, но были отброшены. Несмотря на это, Куропаткин дал команду эвакуировать тыловые учреждения из Ляояна. Но тут японцы контратаковали русские войска. Началось замешательство. Некоторые части стреляли по своим. 21 августа Куропаткин дал указание снова отступать, хотя обстановка вовсе этого не требовала. Японские войска совершенно выдохлись. В штабе генерала Куроки царило мрачное настроение. Японцы боялись новой контратаки. Но ее не последовало. И тут выяснилось, что русские отступают. В ходе кровопролитных боев под Ляояном (11 — 22 августа) японцы потеряли около 24 тысяч человек, русские — свыше 18 тысяч. К вечеру 24 августа русская армия отошла к реке Шахэ.
После неудачи первого штурма Порт-Артура японцы начали усиленные осадные работы. Защитники крепости проявили большую изобретательность в обороне. В начале сентября японские траншеи вплотную подошли к Кумирненскому и Водопроводному редутам. 6 сентября начался второй штурм Порт-Артура. На следующий день японцы заняли оба редута. Два дня здесь шли ожесточенные бои. Но русские войска отстояли свои позиции. После этого генерал Ноги прекратил атаки. Наступило временное затишье.
В сентябре 1904 г. Куропаткин принял решение о наступлении с контратакой. Но с самого начала это наступление развивалось слабо. Потери с обеих сторон были большими (до 40 тысяч человек у каждой армии). Войска перешли в обороне. Началась позиционная война.
Перед японским командованием встал вопрос, что делать дальше. Шансов на успех нового наступления в Маньчжурии не было, для этого не хватало сил. Поэтому японская ставка отдала приказ генералу Ноги во что бы то ни стало овладеть Порт-Артуром. Начался артиллерийский обстрел крепости из тяжелых гаубиц. Японцы готовили штурм, надеясь взять Порт-Артур ко дню рождения микадо (21 октября). К этому времени крепость защищали 20 тысяч воинов. С утра 14 октября началась усиленная бомбардировка крепости. Однако штурм снова провалился. Ноги решил продолжать осадные работы, началась упорная борьба за форты. Подземная минная война приняла широкий размах. Положение защитников крепости было трудным. Гарнизон постоянно редел от боевых потерь и болезней, среди участников обороны началась цинга.
В начале ноября под Порт-Артур прибыла свежая кадровая японская дивизия и силы Ноги возросли. Теперь они втрое превышали по боевому составу гарнизон крепости.
13 ноября начался четвертый штурм. Но русские войска снова его отбили. Тогда Ноги выбрал новое направление удара — овладеть горами Высокой и Плоской. После кровопролитных боев 22 ноября японцы захватили эти высоты.
Падение Высокой повлекло за собой гибель остатков русского флота. Японцы установили на Высокой наблюдательный пункт и начали расстрел кораблей во внутреннем рейде. Из крупных кораблей уцелел только броненосец «Севастополь» (командир капитан 1-го ранга Н.О.Эссен), который укрылся в бухте Белый Волк. Здесь броненосец выдержал 6 атак японцев, был поврежден, сел на мель, но до конца вел огонь по врагу.
К началу декабря положение Порт-Артура стало невыносимым. Его гарнизон вместе с больными и ранеными насчитывал около 14 тысяч штыков — в 4-5 раз меньше, чем у противника. Япопцы подошли вплотную к русским позициям. Начальником сухопутной обороны был поставлен генерал А.В.Фок — с самого начала противник упорной обороны крепости.
Порт-Артур мог бы еще обороняться, но Фок и Стессель сделали свое неблагодарное дело. 19 декабря произошел еще один бой на линии обороны крепости. Однако, несмотря на это, Стессель направил к японскому командованию парламентариев с согласием капитулиропать. Когда стало известно о капитуляции, вопреки приказам Стесселя началось уничтожение русскими воинами кораблей, складов и вооружения. Но немало боеприпасов и воинского снаряжения досталось победителям. Пять уцелевших эсминцев прорвались к Чифу; они увезли знамена порт-артурских полков и документы. 20 декабря в Шуйшине была подписана капитуляция.
Крепость Порт-Артура пала на 157-й день осады. Ее героические защитники выполнили свою боевую задачу. 50-тысячный гарнизон крепости выдержал атаки вражеской армии, численность которой к моменту капитуляции достигла 100 тысяч человек. Более 110 тысяч солдат и офицеров потерял генерал Ноги за все время осады Порт-Артура. С падением Порт-Артура поражение русских войск на Дальнем Востоке стало неотвратимым.
13 октября 1904 г. Алексеев был отозван, а Куропаткин назначен главнокомандующим. Санкт-Петербург требовал от Куропаткина только побед.
12 — 15 января 1905 г. произошло сражение под Сандепу, в котором русские потеряли 12 тысяч человек, не добившись никаких результатов. Видя нерешительность русского командования, японцы предприняли смелые и решительные действия. Главнокомандующим японской армией Ояму решил окружить русские войска под Мукденом.
По своим масштабам Мукденское сражение было невиданным для того времени. Оно разыгралось на более чем 100-километровом фронте и продолжалось без перерыва три недели. В нем участвовали свыше 530 тысяч человек при 2500 орудиях. 24 февраля японцы прорвали фронт русских войск. Начался их хаотический отход. Русские потеряли 90 тысяч человек, в том числе 21 тысячу пленными. Японцы потеряли свыше 70 тысяч человек.
Русская армия все более утрачивала боеспособность. Началось массовое недовольство солдат. Куропаткин, убедившись в полном развале дисциплины, продолжал отступать дальше и остановился только в 180 км от Мукдена.
Мукден подвел главный итог стратегической деятельности Куропаткина. Он был смещен. Место главнокомандующего занял генерал Линевич.
После Мукденского сражения японцы не проявили активности. Япония была истощена войной. 24 февраля ее правительство обратилось к президенту США Теодору Рузвельту с просьбой о посредничестве. Но Николай II отклонил предложение американского президента о посредничестве.
Еще 6 апреля 1904 г. было принято решение о посылке эскадры из Балтийского моря на Дальний Восток под командованием начальника Главного морского штаба контр-адмирала З.П.Рожественского — человека сильной воли и с хорошими организаторскими способностями, но жестокого и слабо разбиравшегося в морской тактике.
