На Сахалин под видом промысловиков, писарей в конторах, священников, некоторые из которых были ни больше, ни меньше, как кадровыми офицерами императорской армии, стали прибывать японские разведчики. Их целью был сбор информации, в том числе и через живших там японцев, и обработка местного айнского населения. Айнов предполагалось использовать в качестве помощников японских войск в случае начала боевых операций на острове. Одним из методов такой обработки было приобщение аборигенов к японскому языку. Язык, как орудие экспансионистской политики, японцы использовали весьма эффективно. Летом 1902 года, за полтора года до войны, на Сахалине находился в ссылке известный исследователь айнов Б.О. Пилсудский. Его крайне удивило «обилие обучающихся японской грамоте» айнов и то, как в поселке Маока (ныне город Холмск) японские рабочие и писари с соседних промыслов специально ходили по айнским домам и обучали местных жителей японскому языку.
Пилсудский отмечал, что айнское население на Сахалине находилось больше под японским, нежели под русским влиянием. В то же время, когда началась русско-японская война, айны, находившиеся под негласным японским контролем, хотя и были российскими подданными, просто боялись изучать русский язык потому, что это, как сообщал Пилсудский, могло вызвать неудовольствие «будущих новых владетелей острова».
6 февраля 1904 года Япония прервала дипломатические отношения с Россией. В ночь с 8 на 9 февраля десять японских эсминцев неожиданно атаковали русские корабли на внешнем рейде Порт-Артура. Японскими торпедами были поражены два русских броненосца и один крейсер. В тот же день японцы напали на русский крейсер «Варяг» и канонерскую лодку «Кореец» в корейском порту Чемульпо при их попытке прорваться к Порт-Артуру. После неравного боя с шестью японскими крейсерами и восемью миноносцами «Варяг» был поврежден и затоплен экипажем по приказу командира, а «Кореец» взорван. 10 февраля Япония, задним числом, объявила войну России. Началась русско-японская война («нитиро сэнсо») 1904–1905 годов.
Первые японские воинские соединения, высадившиеся в Корее в феврале и марте, к маю достигли Маньчжурии. Вторая группа японских войск в это же время высадилась на Ляодуне и заняла порт Дальний. Третья армия под командованием генерала Ноги Марэсукэ в июле-августе начала осаду Порт-Артура.
Для России Русско-японская война обернулась горьким поражением. Специалисты объясняют неудачи русских войск недостаточной военно-технической подготовкой армии, ошибками командования, растянутостью коммуникаций, невозможностью быстро перебросить в районы боевых действий резервы и обеспечить надлежащее снабжение, поддержкой Японии Англией и США. В апреле 1904 года Тихоокеанский флот лишился своего командующего — адмирала С. О. Макарова, погибшего на флагманском корабле «Петропавловск», подорвавшемся на японских минах на внешнем рейде Порт-Артура. В августе-сентябре 1904 года Россия проиграла битву в Маньчжурии под Ляояном, а в октябре — у реки Шахе. В январе 1905 года после почти годичной героической обороны русскими войсками Порт-Артура, крепость была сдана японцам. В начале 1905 года японская армия одержала победу при Мукдене, а при попытке прорваться к Владивостоку погибла 1-я Тихоокеанская эскадра. В конце мая 1905 года в ходе морского сражения около островов Цусима японские военно-морские силы разгромили русскую эскадру, прибывшую с Балтики. В самом конце войны, в июне-июле 1905 года, с Хоккайдо на Сахалин вторглась крупная группировка японских войск Россия не держала на острове большие воинские соединения, словно смирившись с тем, что его придется отдать. Вместе с военными оборону держала дружина ополченцев. Японцы сумели сломить русское сопротивление на острове и оккупировали долгожданную территорию. Еще севернее японское командование небольшими силами пыталось захватить юг Камчатки и Командоры, но встретив сопротивление, они вынуждены были отступить.