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  大日本帝國陸軍登陸遼東半島後,日軍將領大山岩便將其部隊分為多路。乃木希典中將率領的第三軍進攻南部的俄國海軍基地旅順港。第一軍,第二軍,第四軍則在遼陽會合。俄軍將領亞歷克塞·庫羅帕特金則決定採用以土地換時間的方針,通過一系列有計劃的撤退來拖延日軍的行動,以等待援軍到來後,用數倍於日軍的優勢擊敗對方。 然而,俄國總督葉夫根尼·伊萬諾維奇·阿列克塞耶夫卻不喜歡這個方案,他想進行主動出擊以求速戰速決。

  亞歷克塞·庫羅帕特金將軍在遼陽總計部署了14個師(158000名士兵)和609門炮。他將他的部隊分為三個叢集。東部叢集由Alexandr von Bilderling將軍統領,下轄第三西伯利亞集團軍和第十歐洲軍。南部叢集由將軍率領,下轄第一西伯利亞軍,第二西伯利亞軍和第四西伯利亞軍,中將率領的11個騎兵中隊也被部署於此。庫羅帕特金將軍準備了30個營的預備隊。防線最外端位於古城牆南12英里外的地方。由於正值雨季,當地地形十分泥濘,對防守十分有利  大山岩將軍也將他的部隊分為三路;黑木為楨將軍統領的第一軍,奧保鞏將軍統領的第二軍,野津道貫將軍統領的第四軍。他手下總共有8個師(120000人)的部隊,裝備有170門重炮。日軍作戰計劃由兒玉源太郎將軍提出。按計劃,在第一軍經由摩天嶺向城市前進的同時,第二軍應沿鐵路線深入推進,第四軍則作為預備隊駐紮在第二軍右側直至戰役結束。  因為情報上的不對等,俄軍方面只認為他們在數量上是勝過對方的。然而日軍方面卻在當地百姓的支援下得到了俄軍兵力的情報。大山岩將軍知道他的兵力處於劣勢,便寄希望於進攻旅順港的部隊在攻下旅順港後趕回支援,不過,3周後,日軍在旅順方面的攻勢仍沒有什麼進展,大山岩將軍決定不再等待。

  8月25日,日軍炮兵開始進行炮擊,長谷川好道率領的近衛師團隨後對俄軍第三西伯利亞軍發起攻擊。不過,俄軍在重炮的掩護下擊退了這次攻擊。日軍傷亡超過一千人。  8月25日夜,日軍第二師團和第十二師團向駐守遼陽東面的第十西伯利亞軍發動攻擊,雙方整晚在一座叫“Peikou”的山上激戰,8月26日,這座山落入日軍手中。俄軍將領命令部隊在大雨和濃霧的掩護下撤至環繞遼陽城外的防線,並補充兵員。當天日軍第二軍和第四軍的推進也在到達城南的最外層防線前遭到了扎魯巴耶夫將軍部隊的阻撓。  8月27日,出乎日軍指揮官預料的是,俄軍非但沒有發動反攻,還主動放棄了最外圍防線撤至第二道防線。這條防線位於遼陽南部7英里處。 俄軍在防線上的一些小山,比如首山堡,布放。 對於俄軍來說,這麼短的防線是很好防守的。不過,這也給了大山岩將軍一舉全殲俄國滿洲部隊的機會。大山岩將軍命令黒木將軍帶兵向北行進以控制南滿鐵路並截斷俄軍逃跑路線。其餘部隊則準備正面向遼陽城南的俄軍防線發起進攻。  8月30日,日軍發動全線進攻,第二階段的戰鬥打響。然而,俄軍依託完善的防禦工事和重炮支援,在8月30日和31日兩次擊退了日軍的進攻,日軍損失慘重。不過由於亞歷克塞·庫羅帕特金將軍高估了日軍數量,他既沒有發動反攻,也沒有投入預備部隊。  9月1日,日軍第一軍已經攻下了首山堡,第二軍也有將近一半計程車兵渡過了俄軍防線東8英里處的太子河。庫羅帕特金將軍隨後決定放棄它強大的防線而是撤退至遼陽城外三條防線的最內處。日軍若是推進,整個遼陽城,包括至關重要的火車站都將暴露在日軍炮火之下。為擊敗度過太子河的日軍,庫羅帕特金將軍決定發起反攻。此時,黑木將軍在遼陽城東面只有兩個完整的師團。而庫羅帕特金將軍投入了第一西伯利亞軍和第十西伯利亞軍與之對抗。不過,他們還是失敗了。  同時,喬治·斯塔克伯格將軍率領的俄軍西伯利亞第一軍在九月二日抵達,不過他的部隊已經因為一路上的暴雨和淤泥而精疲力盡。當斯塔克伯格將軍想讓米先科將軍派出他手下兩個旅的哥薩克部隊支援時,米先科將軍卻假稱他的部隊接到前往別處的命令,拒絕了斯塔克伯格將軍。起初,俄軍對日軍的反擊還算成功,但很快,有三個營的俄軍就在混亂之中自相殘殺,到了第二天早晨,這座山頭又落回日軍手中。九月三日,駐守最內層防線的扎魯巴耶夫將軍向庫魯帕特金將軍報告稱,他的部隊彈藥不足,隨後,斯塔克伯格將軍也報告他的部隊過於疲憊,已無法繼續攻擊。最後,庫魯帕特金將軍在接到日軍第三軍正準備截斷俄軍逃跑路線的訊息後,終於決定放棄遼陽城,全軍撤退至北面65千米處的奉天。這次撤退從9月3日開始,9月10日結束。

  儘管大山岩將軍旨在圍殲俄軍南滿主力,俄軍還是乘著疲憊的日軍無法發動襲擊的時候,有序地撤出了包圍圈。9月7日,庫魯帕特金通知聖彼得堡方面稱,他使俄軍免於在遼陽被日軍圍殲,應該算是打了個大勝仗。俄國戰爭大臣維克托·薩哈羅夫則對此加以嘲諷。  由於傷亡十分慘重,東京方面並沒有大張旗鼓的慶祝。  根據官方說法,日軍方面有5537人陣亡,俄軍則有3611人陣亡。 後來蘇聯方面的研究則表明俄軍共有15548名士兵傷亡(2007人陣亡,1448人失蹤,12093人負傷),日軍有23615人傷亡。

  俄軍使用了載人氣球用來在空中觀察地面戰況
遼陽會戰(俄語:Сражение при Ляояне,日語:遼陽會戦 Ryōyō-kaisen,1904年8月25日-9月3日)是日俄戰爭陸上戰場中的第一場大型戰役。戰事主要圍繞今屬遼寧省的遼陽市周邊進行。當時,這座城市既是連線旅順港和奉天的南滿鐵路上的人口聚居地,又是俄軍在南滿洲的軍事重鎮,戰略地位十分重要。俄軍在城市周圍設定了三條防線。