В середине октября в Порт-Артуре стала остро ощущаться нехватка продовольствия. В середине ноября в порт-артурских госпиталях находилось более 7 тысяч раненых и больных цингой, тифом и дизентерией.

30 октября после 3-дневной артподготовки японцы предприняли третий штурм Порт-Артура, длившийся 3 дня и закончившийся безрезультатно. 26 ноября начался четвертый штурм. 5 декабря японские войска захватили высоту Высокая и смогли установить 11-дюймовые гаубицы для обстрела гавани. Это сразу же повысило точность артиллерийской стрельбы. В тот же день японские батареи потопили броненосец «Полтаву», 6 декабря – броненосец «Ретвизан», 7 декабря – броненосцы «Пересвет» и «Победа» и крейсер «Паллада». Тяжелые повреждения получил крейсер «Баян».

Адмирал С. О. Макаров

15 декабря был убит командующий сухопутной обороной крепости генерал Р. И. Кондратенко. У защитников Порт-Артура подошло к концу продовольствие, хотя сохранялся еще запас снарядов. 2 января 1905 года комендант Стессель, полагая, что шансов на выручку со стороны Маньчжурской армии в обозримом будущем нет, капитулировал. Впоследствии он был осужден военным судом за малодушие, но помилован царем. С точки зрения сегодняшнего дня решение Стесселя не заслуживает осуждения. В условиях полной блокады, когда все позиции русских находились под прицельным артиллерийским огнем, а гарнизон не имел съестных припасов, Порт-Артур не продержался бы больше двух-трех недель, что никак не могло повлиять на ход военных действий.

В Порт-Артуре сдалось в плен 26 тысяч человек. Русские потери убитыми и ранеными за время осады составили 31 тысячу человек. По русским оценкам японцы потеряли убитыми и ранеными 59 тысяч человек и 34 тысячи – больными.

С падением Порт-Артура, который представлял собой главный пункт русско-японской войны, основная японская цель была достигнута. Сражения в Маньчжурии, несмотря на то что там с обеих сторон участвовало во много раз больше сухопутных войск, носили вспомогательный характер. Японцы не располагали силами и средствами для оккупации Северной Маньчжурии, не говоря уже о русском Дальнем Востоке. Куропаткин придерживался стратегии истощения, рассчитывая, что затяжная война исчерпает людские и материальные ресурсы Японии и вынудит ее прекратить войну и очистить оккупированные территории. Однако на практике оказалось, что затягивание войны гибельно именно для России, поскольку там уже в январе 1905 года началась революция. Общее численное превосходство русской армии в значительной мере компенсировалось тем, что с Дальним Востоком Европейскую часть империи связывала всего лишь одна Транссибирская железная дорога.

К началу русско-японской войны в Маньчжурии находилось лишь 100 тысяч солдат и 192 орудия. Японская армия мирного времени составляла 150 тысяч человек. Во время войны было призвано еще 1,5 миллиона человек, причем более половины всех японских сил действовало в Маньчжурии. К концу войны русская армия на Дальнем Востоке имела полуторакратный численный перевес над противником, но не могла его использовать.

Первое крупное сражение сухопутных сил России и Японии произошло под Ляояном в период с 24 августа по 3 сентября 1904 года. 125-тысячной японской армии маршала Оямы противостояла 158-тысячная русская армия генерала Куропаткина. Японские войска наносили два концентрических удара, пытаясь окружить противника, но их атаки передовых русских позиций на высотах Ляояна были отбиты. Затем русские войска организованно отошли на главную позицию, которая состояла из трех линий фортов, редутов и окопов и на протяжении 15 км огибала Ляоян с запада и юга, упираясь в реку Тайцзыхэ. 31 августа три бригады 1-й японской армии форсировали Тайцзыхэ и захватили плацдарм. После того как не удалось ликвидировать этот плацдарм, Куропаткин, опасаясь флангового обхода, приказал отступить.

После Ляоянского сражения русские войска отошли к Мукдену и заняли позиции на реке Хуньхэ. Японцы же остались к северу от Тайцзыхэ. 5-17 октября произошло встречное сражение на реке Шахэ. В начале сражения русским удалось сбить неприятеля с передовых позиций, но 10 октября японцы перешли в контрнаступление и 14 октября прорвали фронт 10-го армейского корпуса. В конце сражения обе стороны перешли к позиционной обороне на фронте протяженностью 60 км. Русская армия в этом сражении насчитывала 200 тысяч человек при 758 орудиях и 32 пулеметах. У японцев было 170 тысяч солдат, 648 орудий и 18 пулеметов.

Стороны оставались на позициях, находившихся на дистанции ружейного огня, вплоть до января 1905 года. За этот период в обеих армиях значительно усовершенствовалась телефонная связь. Аппараты появились не только в штабах армий, но и в штабах корпусов, дивизий, бригад, полков и даже на артиллерийских батареях. 24 января 1905 года русская армия попыталась наступать в районе Сандепу, однако к 28 января противник оттеснил их на исходные позиции. У Куропаткина в тот момент было 300 тысяч солдат и 1080 орудий, у Оямы – 220 тысяч человек и 666 орудий.

С 19 февраля по 10 марта 1905 года произошло самое крупное сражение русско-японской войны – Мукденское. Русская армия к его началу насчитывала 330 тысяч человек при 1475 орудиях и 56 пулеметах. У японцев с учетом подошедшей из-под Порт-Артура 3-й армии Ноги и прибывшей из Японии новой 5-й армии было 270 тысяч человек, 1062 орудия и 200 пулеметов. Куропаткин готовился перейти в наступление против левого фланга неприятеля 25 февраля, но Ояма, стремившийся охватить русскую армию с обоих флангов, его упредил. 2-я русская армия была охвачена с запада 3-й японской армией и атакована с фронта 2-й армией. 1-я японская армия генерала Куроки прорвала позиции 1-й русской армии и угрожала перерезать Мандаринскую дорогу в тылу главных русских сил. Опасаясь окружения и уже находясь фактически в мешке, Куропаткин смог, однако, в порядке отвести армию к Телину, а потом на сыпингайские позиции в 175 км к северу от Мукдена.

После Мукдена Куропаткина на посту главнокомандующего сменил генерал Николай Линевич, ранее командовавший 3-й армией.

В Мукденском сражении впервые были случаи, когда солдаты расстреливали офицеров, пытавшихся огнем из револьверов остановить бегущих. Почти четыре десятилетия спустя, в годы Великой Отечественной войны, советские солдаты уже не были столь сознательны и безропотно позволяли офицерам расстреливать себя.

Из состава Балтийского флота была сформирована 2-я Тихоокеанская эскадра под командованием адмирала З. П. Рожественского, начальника Главного морского штаба. Она совершила переход на Дальний Восток, где погибла в сражении в Цусимском проливе 27 мая 1905 года. Эскадра Рожественского состояла из 8 эскадренных броненосцев, 3 броненосцев береговой обороны, одного броненосного крейсера, 8 крейсеров, 5 вспомогательных крейсеров и 9 эскадренных миноносцев. Японский флот под командованием адмирала Того располагал 4 эскадренными броненосцами, 6 броненосцами береговой обороны, 8 броненосными крейсерами, 16 крейсерами, 24 вспомогательными крейсерами и 63 эскадренными миноносцами. На стороне японцев было качественное превосходство в артиллерии. Японские орудия обладали почти втрое большей скорострельностью, а японские снаряды были мощнее русских снарядов такого же калибра.