在沙河会战后，参加北方决战的老毛子不断增加，很有可能转入反攻。有消息透露，十月十五日波罗的海舰队已从利帕乌（现利耶帕亚）军港开出，因此，事态非常紧迫，刻不容缓。
不过第二次总攻却是给了乃木希望，在经过十多天的休整后，在十一月十一日，又增派了第七师参加第三次总攻战斗，然而要地还在敌人的手里，乃木下决心一定要夺下望台一带的高地。
于是，日军在十一月二十六日再次发起进攻。在这种你死我活的情况下，老毛子依然抵抗得十分顽强，几次击退小鬼子的进攻。由于小鬼子伤亡惨重，二十七日，乃木不得不做出决定：停止正面进攻，改为夺取二零三高地。
二十七日以后，乃木派遣第一、第七师用‘猪突’战术实施梯次进攻，但是由于乃木对于炮兵的运用并不在行，因此收效甚微。要知道现在老毛子可是将马克沁重机枪全部派上了用场，在没有步炮协同的情况下，那绝对是一个东方的‘绞肉机’，乃木没有办法，只好下令暂时休战。
满洲军总司令官大山岩对于乃木的表现很不满意，在保留乃木司令官的面子的情况下，于十二月一日悄悄派出了满洲总参谋长儿玉源太郎，并命令乃木希典暂时让出指挥权，由儿玉亲自督战第四次总攻旅顺。
儿玉对炮兵的运用远远好于乃木这个只会用步兵冲锋的将军，结果依靠集中炮火，昼夜不停的进攻和靠前指挥仅打了八天，便以死伤六千二百余名的代价攻下了二零三高地。
而夺下二零三高地后俄军败局已定，日军立即在这里设立观测所，又以待命的二百八十毫米的要塞巨炮，瞄准港内的敌舰后猛轰停泊在旅顺港内的俄国太平洋舰队，瞬息之间，便彻底压制了敌人的火力。
之后日军分别于十二月十八日，二十八日，三十日，由第十一师对鸡冠山堡垒，第九师对二龙山堡垒，第一师对松树山堡垒进行爆破并加以占领。
不过与历史上不同的是，俄军却是没有投降的，最后将所有的战舰自沉，之后，便与乃木的第三军拼全力决一死战，到最后几乎没有俘虏，让一开始认为对方会投降的儿玉大跌眼镜，不过这也再次的增加了小鬼子的伤亡。
从发起攻势到进城，前后达七个月，日军约有十三万人参战，但是伤亡却是比历史上增加了三万多人，这不得不说王灿一开始的‘杀虏计策’取得了巨大的成功，而对于这次战斗造成如此重大伤亡，并赔上了自己的两个儿子的乃木来说，也是感到十分内疚，他在后来写道：
皇师百万征强虏，野战攻城尸成山；
愧我何颜见父老，凯歌今日几人还？
此役乃木在儿玉的帮助下指挥第三军终于攻克旅顺要塞，而次年一月十五日，他又迅速北进，决定参加即将进行的主力决战。
在老毛子方面，一九○四年十月二十六日，阿列克谢耶夫被沙皇免去了远东总督职务，由克鲁泡特金大将任远东陆海军总司令官。
十二月中旬，他为救援旅顺曾计划发动强大攻势作战，但却因为自己犹豫不定的性格失掉了战机。次年一月十九日，克鲁泡特金决定在乃木第三军北上之前，企图在沙河一线击溃日军主力，便集结了由一百二十六个步兵营、九十个哥萨克骑兵连，并将其编成由格里帕别尔格大将指挥的第二军。
此外，还将由七十二个骑兵连编成由米舒钦柯中将指挥的骑兵团调了过来，并为其配备了四百四十门大炮，这两个进攻部队的两名将军都是与克鲁泡特金性格不同的主战派将领，战斗意志极其的旺盛。
而此时这个方向上的小鬼子，实力却是异常的薄弱，仅仅以骑兵为主的秋山支队的少数兵力警戒宽阔的正面，即使重要地段的黑沟台、沈旦堡也只是由九个连兵力的种田支队和十一个连兵力的丰边支队分别防守。
一月二十六日，老毛子以格里帕别尔格大将指挥的第二军，于是，向小鬼子西翼的黑沟台方面发起进攻，而在二十六日至二十八日，小鬼子西翼的