遼陽會戰後，日露兩軍大體上在奉天與遼陽之間的沙河地區互相對峙。1904年9月底，東北地區露軍約達21萬人，758門炮，32挺機槍。防線長達90公裏。同期，沙河地區扶桑約12萬人，488門炮。前一階段作戰，扶桑消耗很大，為補充兵員，在國內進行了總動員，但仍不能根本改變兵力對比。
在這種情況下，日方決定在沙河地區轉入防禦，等待第3軍盡快從旅順解脫出來，北上增援。同樣，庫羅帕特金雖然擁有相對兵力優勢，也不急於發動反攻，仍然是依托既設陣地等待扶桑進攻。但沙皇政府迫於露國國內革命運動的高漲和遼陽會戰後國內對戰爭的不滿情緒，要求庫羅帕特金發動攻勢，解旅順之圍，借以挽回帝國的“榮譽”，提高沙皇政府一落千丈的地位。
庫羅帕特金製訂的進攻計劃，是對渾河與太子河間之敵實施攻擊，並占領太子河右岸，實際上就是把扶桑趕過太子河。露軍分左右2個集團：左翼3個軍，由施塔克爾堡指揮，向本溪湖方向實施主攻（該方向是山地）；右翼2個軍，由比爾德林格指揮，緩慢地向沙河方向前進，任務是把主攻方向的敵人吸引過來。另以3個軍作為預備隊。左右兩集團的進攻正麵共50公裏，總的進攻速度，每晝夜不超過5公裏。這個計劃主攻指向山地，而露軍沒有進行山地戰的準備，特別是缺少山炮。更糟的是，露方進攻的準備工作不隱蔽，被日方發覺（扶桑間諜活躍於露軍後方，加之日方從露西亞軍官屍體身上搜出作戰計劃），完全喪失了突然性。
扶桑統帥大山元帥決定將計就計，利用對露軍不利的山地地形，以防禦戰消耗、疲憊露軍，然後投入新銳力量，轉入進攻，猛攻露軍中央和右翼，一舉殲滅東北露軍主力。
10月8日，露軍東部兵團由73個步兵營和34個騎兵連來到扶桑右翼。從該地區可以攻擊日第1軍翼側。1904年10月9日，由45個步兵營和18個騎兵連組成的部隊，對扶桑本溪湖—帶右翼邊緣發起攻擊。部署在這個方麵的扶桑軍，隻有梅澤道治少將指揮的近衛後備步兵旅8個營。由於防守堅決，被扶桑譽為“光榮的梅澤旅”。大山總司令官頂住了露軍東部兵團的猛烈攻擊。
10月10日，又集中全軍主力，從扶桑左翼向東北方向的敵人發起總攻。這次進攻因與猛插露軍右翼的騎兵第2旅（旅長閑院宮載仁親王）相配合，結果露軍不得不於10月12日開始全麵退卻。扶桑立即利用這一有利時機轉入進攻，扶桑這一行動，導致一係列激烈的遭遇戰。
遭遇戰不僅晝間進行，而且夜間也進行。夜戰中，雙方均不使用炮兵，部隊以密集隊形投入攻擊，士兵胳膊挨胳膊，大多數場合夜戰以刺刀白刃戰告結束。為識別敵友，露軍士兵袖纏白布帶。這種激烈的遭遇戰持續至10月15日。扶桑進展不大，隻是在某些地段將露軍頂回沙河地區。
與此同時，庫羅帕特金決定10月16日晨在自己右翼發動進攻，以恢複在沙河左岸的原態勢。但15日夜間，日第二軍奧保鞏部以奇襲攻占露軍左翼第1軍地段內具有決定意義的製高點萬寶山。
扶桑占領該高地，就造成了突破露軍防禦中心的威脅。因此，庫羅帕特金放棄原定進攻計劃，令第1軍不惜一切代價奪回該高地。經16～17兩日激戰，露軍以傷亡3000人的代價奪回了高地。日方死亡1500人。雙方各自鞏固既得陣地，加修工事，互相對峙，偶爾出動偵察部隊或進行炮擊。這種情況一直持續到1905年1月奉天會戰為止。整個會戰，露方損失4萬餘人，日方損失2萬餘人。