旅順監獄被攻克之後，就隻剩下白玉山和旅順火車站陣地。
由於旅順火車站是日軍的指揮部所在，並且和白玉山互為依托，因此也是旅順城區守衛最為嚴密的陣地，日軍共計在這裏布置了5個聯隊，約2000餘人，還有10餘門各種火炮。
其實人民軍也知道白玉山陣地的重要，因此在戰鬥一開始的時候，人民軍就對白玉山進行過猛烈的炮擊，不過乃木希典也不是無能之輩，既然已經認清了雙方的優劣，自然也早已想好了應對方案，他在白玉山頂隻留下一個中隊守衛，而將大部份軍隊都留在火車站陣地，等人民軍的炮擊結束，向白玉山發動進攻時，再將大兵力投入到白玉山上防守。
而火車站陣地是以白玉山為屏障，因此遭到的炮擊到並不嚴重，當然這也和人民軍對火車站的炮擊有所克製有關。因為旅順火車站是中東鐵路哈大線的終點，並且直接連通旅順港口，海運的貨物幾乎是下船之後就可以直接上火車，是旅順城區的一個關建樞紐，而人民軍不希望對火車站造成重大的損毀，否則在奪取旅順之後，將要花費相當的人力物力及時間來修複，因此將火車站定為禁止重炮炮擊的目標。當然，由於火車站和白玉山是互為依托，隻要是攻下了白玉山，火車站也就是垂手可得了。
不過在進攻白玉山時，人民軍遭到了進攻旅順以來最頑強的抵抗。在人民軍向白玉山發動進攻時，日軍己搶先一步，派兩個聯隊在山上駐防。雖然日軍無法在山上構建完善的陣地，但畢竟是占據了有利的地形，而且日軍還有意將人民軍放到半山腰，然後從山頂上衝殺下來，和人民軍進行白刃作戰，日軍的刺刀戰術本來就在人民軍之上，又有居高臨下的優勢，因此自然是勢不可擋，一個衝鋒就將人民軍的進攻給打算了。
人民軍的指揮官見狀，到也並不急於發動第二次進攻，而是呼叫炮兵，對白玉山再次進行炮擊。而日軍見人民軍的炮擊再來，立刻又將大軍從山上撤下，僅僅隻留下少數士兵在山頭警戒，等人民軍的炮擊停止，再次發動進攻時，才又將軍隊調上山頭駐守，結果再次擊退了人民軍的進攻。
這時人民軍己占領旅順絕大部份地區，日軍的陣地隻剩這一個，因此第1師調來了兩個團，分派三個營，分別從三麵進攻白玉山，又派出兩個營，前後堵住火車站，海軍陸戰隊也出動一營，隔著龍河，對火車站的日軍進行火力壓製。
而且人民軍也吸取了前兩次進攻白玉山失敗的教訓，並沒有呼叫炮兵對白玉山發動炮擊，而是改用迫擊炮來協同配合步兵作戰，迫擊炮部隊緊隨在進攻部隊的身後，層層進逼，並不斷開火轟擊山上的日兵，而步兵也不急於口氣就衝上山頭，而是充份利用迫擊炮的火力掩護，徐徐向山頭推進。
這一來日軍果然就難以適應，不能再從容易的等著人民軍進攻上來，因為迫擊炮的炮彈不斷的頭頂上落下來，雖然迫擊炮的爆炸威力不如火炮，但白玉山上也沒有什麼像樣的陣地工事，就算是有也被2輪炮擊給炸得差不多了，因此迫擊炮也同樣可以給日軍造成沉重的打擊。
但日軍不能就這樣等在山頂上挨炮，隻能還不等人民軍衝到半山，就主動向人民軍發動了進攻，而這時三個方向進攻的人民軍都才剛剛推進到白玉山的山腳位置。而日軍主動衝下白玉山，反到是給了人民軍機會，前排的士兵立刻組成線形陣列，舉槍射擊，不少日兵就這樣倒在向山下衝的路線。
當然這樣的線形陣列是不可能阻擋日軍的衝鋒，但畢竟能夠給日軍造成一定的損失，挫動日軍的銳氣，然後再迎上去和日軍進行白刃作戰。
由於白刃戰的位置是在山腳下，因此日軍也失去了居高臨下的優勢，而且在人數上也少於人民軍，盡管刺刀術要強於人民軍，但一時間雙方殺了一個難分難解，勢均力敵。
當然到了這個時候，戰術己經沒有作用，雙方的指揮官也無能為力，比拚的是雙方士兵的鬥誌、拚勁、技術、以及決心，日軍在戰前都是經過了動員的，大部份士兵都做好了必死的準備，而人民軍的戰士們也同樣是經勵了動員鼓勵，而且人人心裏都有必勝的決心，因此雙方的士兵都表現得十分勇敢，視死如歸，毫不退縮。刺刀與刺刀交擊，槍托與槍杆發生激烈的碰撞，還有拳打、腳踢、頭撞、抱摔等等，其間還夾雜著無數的槍擊、爆炸、怒吼、慘叫、喝叱等聲音。