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在陸戰方面，日本第一軍(約四萬五千人)在仁川登陸，控制了朝鮮之後，於5月初越過鴨綠江，擊敗了俄軍東滿支隊(一萬九千人)，攻佔了九連城、鳳凰城，前哨直出太子河，威脅到遼陽俄軍的側後方。
5月5日，日本第二軍(三萬五千人)在遼東半島的貔子窩登陸，於26日攻佔金州南山，切斷了旅順守軍與遼陽、奉天方向俄軍主力的聯絡。
5月19日，日軍第十師團在遼東大孤山登陸，6月8日攻佔岫巖，12日佔領懷仁。
5月29日，日軍第三軍(六萬人)在大連附近的張家屯登陸，30日攻佔大連及青泥窪，進逼旅順口。7月5日攻佔旅順城兒山，28日攻佔劍山，30日攻佔狼山;8月7日佔領大小孤山，炮擊旅順港內的俄國軍艦。
在第三軍接手圍攻旅順後，第二軍則北上，一路攻克熊嶽、蓋平、大石橋、營口、崗瓦寨、海城，與遼陽方向的第一軍會合。
7月，新組建的日第四軍(二萬六千人)也到達湯山城一線，這樣日本第一、二、四軍形成了對遼陽俄軍的合圍態勢。8月24日‐9月3日，雙方在遼陽展開會戰，日方參戰兵力為三個軍十三萬人，由大山岩元帥指揮;俄軍參戰兵力為二個軍團十五萬二千人，由遠東俄軍總司令庫羅巴特金上將指揮。日軍攻勢起初多被擊退，但庫羅巴特金因擔心被日軍合圍，主動撤至沙河一線。此役日軍傷亡二萬四千人，俄軍傷亡一萬六千人。
9月末，俄軍在增援的第一軍團和西伯利亞軍團開到後，增至二十一萬人，日軍此時只有十七萬人，俄軍因而從10月5日從沙河轉入進攻，日軍則針鋒相對地進行反擊;激戰至17日，雙方均因傷亡慘重而轉入防禦。此役日軍傷亡二萬人，俄軍傷亡四萬人，這是主力戰場的狀況。
在旅順口方向，日第三軍於8月9日發起總攻，傷亡二萬人仍進展不大，攻勢放緩，而後日軍變強攻為圍困，並以坑道爆破的方式實施突擊。8月和10月又先後兩次發動強攻，均未得手。之後，日本再開御前會議，決定不惜一切，從速攻佔旅順。11月26日，日軍發起第四次總攻，在付出了一萬七千人傷亡的沉重代價後，於12月5日攻克老虎溝(即203高地)，然後居高臨下，以炮兵轟擊被困在港內的俄國艦隊，俄兵艦毀損嚴重，軍心瓦解。12月底，日軍又相繼攻佔二龍山、松樹山，至此，旅順周邊的制高點均被日軍佔領，俄國守軍已成甕中之鱉。1905年1月2日，旅順要塞司令斯圖塞爾將軍(stossel)率守軍投降。旅順爭奪戰中，日軍傷亡近六萬人，俄軍被俘三萬二千人。
旅順口陷落後，日本終於騰出了手，並擴編了第五軍，與第三軍一起北上參加奉天戰役。1905年2月，日軍在沙河一線共集結了五個軍二十七萬兵力，俄軍則集結了三個軍團二十九萬三千兵力;2月18日，決戰開始，日軍以第三、第五兩軍分別向俄軍兩翼迂迴，第一、二、四軍從正面發起進攻;由於俄軍統帥庫羅巴特金對日軍主攻方向判斷錯誤，對預備隊使用不當，造成俄軍節節敗退，並於3月9日全線北撤。10日，日軍佔領奉天，此後又相繼攻佔鐵嶺、開原、昌圖，俄軍則退守四平一線。此役日軍傷亡七萬一千人，俄軍傷亡、被俘八萬九千人。
在海上，當太平洋艦隊被封鎖於旅順港內時，俄國抽調了波羅的海艦隊的主力編成太平洋第二、第三兩支分艦隊，分別由好望角和蘇伊士運河駛往遠東增援。1905年5月5日，兩支分艦隊在越南海面會合;27日，當兩支分艦隊的三十八艘軍艦透過對馬海峽時，遭到佔據數量優勢的日本艦隊(九十九艘)的截擊。經過一晝夜的激戰之後，俄軍慘敗，日軍大勝;俄艦被擊沉十九艘，被俘五艘，其餘或觸礁，或逃逸到中立國港口，只有三艘突圍抵達海參崴
