按照曹炎忠的安排，拿下了鐵嶺城後，吳軍隻留下了鄧嗣源所部駐守鐵嶺，籌備繼續向北進兵，江忠濟和丁汝昌兩支吳軍步騎主力則立即掉頭南下，準備協助曹炎忠攻打沈陽城，奪取偽滿州國在東北的最大重鎮和立足地，也爭取殲滅沈陽清軍和沙俄軍隊的殘餘力量，為全麵光複東北夯實基礎。
兩天後，江丁二軍順利回到沈陽城外時，曹炎忠這邊也已經完成了對清軍俘虜的收編工作，並以這些新投降的清軍為前鋒，立即向著沈陽城外的清軍殘餘工事發起了進攻，又在用時兩天之後，頗為順利的完成了任務，徹底掃清了敵人的外圍屏障，也打通了吳軍將士直抵沈陽城下的道路。
但這並不代表著吳軍在沈陽戰場上就已經穩操勝算，沈陽是大型城市，吳軍的火炮再多也沒辦法可以做到用炮火覆蓋全城，想靠炮擊破城是難如登天。同時沈陽城裏的糧草極多，根據吳軍掌握的情報分析，光是在大石橋戰前，城中糧草就足夠清俄聯軍的主力支撐到來年春天，大石橋戰後清俄聯軍的軍隊數量銳減，城裏糧食可以支用的時間自然也就更長，所以吳軍如果想和沈陽敵人比拚糧草消耗，吃虧的也隻會是自己。
清俄聯軍也明顯是在打這個主意，在外圍屏障的爭奪戰中，清俄聯軍不但很少出擊援救城據點，還隻要一有機會就盡量收回城外的潰敗士卒，拚命保存實力以備守城作戰，同時以鬼子六為首的部分偽滿州國權貴還在沈陽城中大肆散播吳軍破城後必將屠城的謠言，妄圖恐嚇和逼迫城中百姓支持清俄聯軍守城，與吳軍長期對抗。
“偽恭親王和羅刹洋鬼子這麼垂死掙紮，目的就是想把戰事拖到冬天，或者拖到我們的糧草供應不上自行退兵，這也是他們保住沈陽的最後指望。”
李鴻章一針見血的指出了清俄聯軍的目的打算，然後又向曹炎忠提出建議道：“攻城為下，攻心為上，如果我們隻是一味的強攻，城裏亂黨軍隊和羅刹軍隊肯定會聯起手拚命抵抗，讓我們就算能夠破城也必然傷亡巨大。最好的辦法是攻城和攻心並用，一邊想辦法攻城，一邊想辦法和城裏的敵人頭目聯係，或是收買招降，促使敵人主動投降，或是用計離間，讓亂黨軍隊和羅刹洋兵生出嫌隙，內部不和甚至互相火並，這樣我們再想破城，就肯定可以輕鬆不少。”
曹炎忠幾乎沒做任何考慮就接受了李鴻章的建議，馬上暗中釋放了一個夠分量的清軍戰俘，讓他帶著招降信潛入城內與沈陽清軍的主將崇厚聯係，勸說崇厚主動開城投降，並向崇厚明白指出沙俄軍隊必然會把沈陽清軍當成炮灰使用，在戰鬥中絕對不會把清軍士兵的命當命看，力勸崇厚為同胞家人著想，早日做出明智選擇，同時也乘機離間崇厚與沙俄軍隊的關係。
另一方麵，吳軍除了利用之前砍下沙俄兵腦袋主動投降的清軍俘虜出麵，拚命鼓動城裏的清軍士兵向他們學習，以此離間清俄聯軍的士卒關係外，又安排了一個英國籍的隨軍傳教士出麵，讓他攜帶曹炎忠的書信進城，勸說沙俄公使熱梅尼和沙俄軍隊的代理主帥巴拉諾夫放下武器投降，換取活命和將來的回國機會。
吳軍的攻心戰很快就取得了一定效果，雖說清軍主帥崇厚對吳軍的招降沒有做出任何答複，也主動把吳軍的勸降信上交到了鬼子六麵前證明忠心，卻又堅決阻止了鬼子六要把送信戰俘立即處死的要求，借口那名戰俘是被迫送信罪不當死，保下了吳軍派去的信使，也悄悄給自己留下了一條退路。
沙俄這邊也有進展，為了保住小命和爭取時間，吳軍聘請的英國傳教士與沙俄軍隊取得聯係後，熱梅尼和巴拉諾夫很快就表示願意與吳軍展開談判，但前提條件是吳軍暫停攻城，還有允許他們與沙俄的東西伯利亞總督科爾薩科夫自由聯係，征求科爾薩科夫的意見。而曹炎忠雖然一口拒絕了沙俄軍隊提出的條件，明確表示隻接受沙俄軍隊的無條件投降，卻也乘機與沙俄軍隊打通了聯絡渠道，雙方的聯係使者互相來往不斷，熱梅尼和巴拉諾夫也因此在暗中做好了情況不對就向吳軍投降的心理準備。
與此同時，吳軍也加緊了針對沈陽城牆的進攻準備，先是填平了沈陽北門外的多段護城河，開辟前近道路，修築防炮工事掩護工兵挖掘地道，又不斷派遣小股部隊日夜不停的騷擾城上守軍，讓敵人時刻不得安寧，還利用自軍狙擊手的優勢不斷開冷槍偷襲城上敵人，打擊敵人的軍心士氣，為全麵進攻奠定基礎。沈陽守軍的士氣鬥誌也因此被吳軍一點一點的逐漸消磨，很多人都對能夠最終守住沈陽城不抱任何幻想。
在這個期間，反倒是偽滿州國的攝政王鬼子六表現出了與吳軍血戰到底的頑強意誌，差不多每天都要登上城牆鼓舞士氣，利用手中所掌握的偽滿州國禁軍鎮壓城裏的動搖份子，抓捕和殺害吳軍派進城中的招降使者，還提高了軍隊待遇，拿出大量金銀財物賞賜清軍諸將，拚命鼓動清軍諸將與吳軍頑抗到底。同時鬼子六還采納部下建議，親自抓起了在沈陽北門修築月城的工作，以便在城牆被吳軍攻破時，能夠繼續以月城抗擊吳軍進攻。
鬼子六之所以這樣垂死掙紮，當然是因為他很清楚沈陽一旦城破，任何人都有可能投降保命，惟獨就是他得不到這個待遇——先不說肅順的事，也不說他在祺祥政變中的表現，光是他拉著慈安、慈禧一手搞起偽滿州國這一點，心狠手辣的吳超越就絕對饒不了他——否則吳超越也沒辦法向天下人交代！