Вскоре, однако, главным центром приложения усилий сторон становится Порт-Артур. Цель японцев – уничтожить базу русского флота. 3-я японская армия, продвигаясь по Ляодунскому полуострову, в середине мая оказывается остановленной на Киньчжоусских позициях подразделениями 4-й Восточно-Сибирской дивизии генерала А.В. Фока, вышедшими ей навстречу из Порт-Артура. В ходе боев 12–17 мая 1904 г. от действий в обороне только одного 5-го Восточно-Сибирского стрелкового полка японцы потеряли несколько тысяч человек. За 5-м полком стояла вся дивизия Фока. Ее подразделения уже выдвинулись преследовать потрепанные и обескураженные части 3-й японской армии. С моря операцию на Кинь-чжоусском перешейке все эти дни успешно поддерживал русский флот, действовавший из Порт-Артура. Однако из крепости пришел приказ отступать ввиду большого численного превосходства противника.
До 17 июля 1904 г. в ходе боев на Ляодуне японцы потеряли еще около 12 000 солдат и офицеров. Русские потери составили около 5000 человек. В конце июля японская дальнобойная артиллерия, придвинувшись к Порт-Артуру, получила возможность обстреливать стоявшие на рейде корабли Тихоокеанской эскадры. Русское командование принимает решение – флоту прорываться во Владивосток.
28 июля 1904 г. в Желтом море состоялся морской бой между главными силами японского и русского флотов. Навстречу прорывавшейся русской эскадре из Владивостока вышел русский крейсерский отряд. Русские главные силы достойно вели артиллерийскую дуэль с японскими броненосцами. Шансы на прорыв были велики. Обе стороны получили примерно одинаковое число попаданий, но ни один из ведших бой кораблей не был потоплен. К исходу дня у японцев практически не оставалось возможности препятствовать прорыву русских судов. Дело решили случайные попадания во флагманский броненосец «Цесаревич». Командующий эскадрой адмирал В.К. Витгефт был убит, броненосец лишился управления, строй русской колонны нарушился. В наступившей темноте часть русских кораблей ушла обратно в Порт-Артур. Остальные были интернированы в нейтральных портах. После этого боя японцы сделались абсолютными хозяевами на море.
Неудачу потерпели и владивостокские крейсера. В Цусимском проливе 1 августа 1904 г. в ходе артиллерийского боя с японскими кораблями был потоплен крейсер «Рюрик».
Все это позволило японцам активизировать боевые действия на суше. В начале августа ими был предпринят первый решительный штурм Порт-Артура. Он был отбит на всех участках обороны крепости. Потеряв около 25 тыс. человек, японцы практически везде откатились на исходные позиции. Русские потери составили 6 тыс. человек убитыми и ранеными.
Господство на море дало Японии возможность беспрепятственно наращивать свои силы в Маньчжурии. Русские ждали их наступления на великолепно подготовленных позициях под Ляояном. 17–21 августа 1904 г. состоялось Ляоянское сражение. Из 148 тыс. человек при 673 орудиях Куропаткин использовал только 94 тыс. и 338 орудий. Остальные силы русских находились во второй линии. Японцы повели наступление ПО тыс. человек при поддержке 484 орудий. В ходе нескольких дней боев противник был измотан и отброшен на исходные позиции. Японские потери составили 24 тыс. человек, русские – 17 тыс. Оценив ситуацию, японское командование отдало приказ своим войскам отступать. Удивление японцев было крайне велико, когда они выяснили, что Куропаткин осуществил отвод русских войск всего на несколько часов раньше запланированного японского отступления. Поле выигранного русскими оборонительного Ляоянского сражения осталось за противником.
Перегруппировавшись и получив новые подкрепления, в сентябре 1904 г. Куропаткин повел наступление на реке Шахэ. На сей раз в прочную оборону встала японская армия. Русское наступление после нескольких недель тяжелых боев захлебнулось. В Маньчжурии началась позиционная война. Активные действия вели лишь отдельные боевые группы. Стороны накапливали силы.
Опасаясь нового русского наступления и соединения направленной на Дальний Восток 2-ой Тихоокеанской эскадры адмирала З.П. Рожественского с остатками русского Тихоокеанского флота, японцы предприняли один за другим несколько отчаянных штурмов Порт-Артура. Второй по счету штурм крепости в сентябре 1904 г. привел к взятию первой оборонительной линии. Японцам это стоило 7500 убитых и раненых. Русские потери составили 1500 человек.