4月15日，日本鐵甲巡洋艦“日進”號、“春日”號炮擊旅順，不成。5月3日東鄉平八郎第三次派船堵塞港口，派出的12艘船有8艘駛進航道，但都被俄軍炸沉。5月14日俄國因日軍總派船堵港口，弄得提心吊膽，就在旅順口布水雷，這樣不用打，日軍的船就可被炸沉。5月15日，日本鐵甲艦“初瀨”號、“八島”號、一艘偵察船和兩艘驅逐艦被水雷炸沉。消息傳來，參謀長島村速雄發出了驚叫，而秋山真之艦長則連話都說不出了，可悶葫蘆東鄉平八郎聽到消息後很平靜地端出一盤蛋糕，親自為二人倒了兩杯威士忌，說道：“辛苦了。”兩人還沒醒過神來，東鄉平八郎又加了一句：“別自殺，仗還要打下去。”
海軍的東鄉平八郎不慌不忙，但海軍的失利使陸軍大將乃木希典再也坐不住了，5月5日乃木希典派第二軍（軍長奧保鞏）3.5萬人在遼東半島登陸，奔襲金州。第二軍包括第一師團（參加過甲午戰爭中的旅順戰役）、第四師團（師團長小川又次，製定《征討清國策》那小子）、第六師團（參加過甲午戰爭威海衛之戰）。
乃木希典可不是個省油的燈，經常被父親在寒冬中脫光他的衣服罰站，並用冰冷刺骨的水潑，造就了乃木希典冷酷無情的性格。16歲時他與人打鬥，左眼被刺瞎，1877年在平叛中殘了一條胳膊和一條腿。1885年任陸軍少將，1894年策劃了旅順大屠殺，1895年參與對台灣侵略，並在樺山資紀後出任台灣總督。他讓兒子乃木盛典、乃木保典參戰，並準備好三口棺材，宣稱不惜“三典同葬”。
5月23日，駐守金州的弗克少將對特列季亞科夫說：“一定要守住你腳下的陣地，不能讓日本人攻上來。”“將軍，你放心吧，日本人在我腳下出現的唯一可能就是屈膝下跪，吻我的馬鞍。”弗克大笑，道：“幹吧，殺光那些可惡的日本人，我這裏有好酒等著為你慶功。”
25日，日軍向金州發起猛攻，麵對乃木希典所部的瘋狂衝鋒，俄軍毫不畏懼，他們用11.43毫米口徑的馬克沁重機槍掃射成批嚎叫衝鋒的日軍，日軍像割麥子一樣成片撂倒，僅一天日軍就死了4900人，乃木盛典也被擊斃。乃木希典不僅不悲痛，反而趁機渲染兒子的勇敢，並要乃木保典以哥哥為楷模，為天皇盡忠，並賦詩：“山川草木轉淒涼，十裏腥風新戰場。征馬不前人不語，金州城外複斜陽。”
5月26日，明治天皇向乃木希典下令，不計代價攻下旅順。而俄軍在旅順的永久性堡壘有40座，炮台70座。俄軍由於遠程火炮無法攻擊相距太近的日軍，於是把47毫米口徑的海軍炮裝在一種車輪式的炮架上，以大仰角發射超口徑長尾炮彈，射角45度到65度，射程52—400米，輕便適用，無射擊死角，殺傷效果良好，這就是世界最早的迫擊炮。除此外俄軍在此戰還創造了將陣地防禦鐵絲網通上高壓電的先例。
俄軍統帥斯特塞爾稱旅順口是永遠攻不破的要塞。在俄軍動用先進武器不久日軍也把一種新式武器投入戰場，這就是抗日戰爭中人們最熟悉的“三八大蓋”，因1905年是日本昭和三十八年，故稱“三八大蓋”。日俄戰爭成了新武器的試驗場，尤其日軍，更不計血本，僅5月這一個月的彈藥消耗量就是甲午戰爭的總和。
6月初，日本組建第三軍，由乃木希典任軍長，第二軍奉命北上。第三軍第一師團（第二軍的第一師團被劃歸第三軍）、第三師團、第九師團。
本月，日本陸軍對旅順南山發起猛攻，參加此戰的日本人櫻井忠溫的記載是第一手資料，非常震撼，摘錄如下，他寫道：“幾百勇士在此遇難，幾千健兒在此受傷，肝腦塗地，死屍積山，血流成河，山麓下死屍累累。這些死屍麵部已黑，紫色血塊遍布全身，臉部臃腫，頭發和血和塵土都結成了塊，有的勇士被炸得牙齒都隻剩四五顆了。到處是血染的軍服、軍帽及衣服的殘片，血腥味撲鼻，鬼氣襲人。”在隨後的歪頭山之戰中櫻井忠溫記載道：“無煙火藥爆炸後，產生的氣浪發出一股惡臭，槍彈‘砰砰’地射出，炮彈‘轟轟’地射來，敵人的子彈如貫曉之雨，我軍的子彈如卷沙之風。”
盡管仗打成這樣，但乃木希典卻把所有軍務委托給他的參謀長，自己每天騎自行車、打獵，別人問他：“你的任務是什麼？怎麼這樣清閑？”他說：“我的任務有二：一是騎自行車、打獵，二是等死。”
7月27日美國總統西奧多·羅斯福說：“如果德國、法國幫俄國，那麼美國會幫日本作戰。”照這樣的話，第一次世界大戰就提前了，不過，德法都沒動手。
就在日本陸軍要對旅順口動手時，8月7日俄國海軍接到沙皇命令，要他們在日軍總攻前突圍，開往符拉迪沃斯托克（海參崴）。而日軍在這天發起對旅順外圍大孤山的進攻，一時間炮火之聲就像百雷一起炸響。日軍一炮擊中大孤山的岩角，壯觀的一幕出現了，淡黃色的閃光過後，山石迸裂，這淒慘、壯觀的一幕，可謂戰場上的奇景。日軍登上大孤山天險，冒著俄軍的炮火，日軍指揮官大喊：“攻進去，攻進去！向前進，向前進！”隨著炮火硝煙，沙塵狂舞，俄軍鮮血橫流，肝腦塗地。俄軍怒了，於是把山上的大石頭往下推，日軍有被大石頭擊中後掉下山崖摔死的，也有直接被大石頭壓扁的，被壓扁的日軍的肉體碎成了糊狀，骨頭碎成了粉末，狂叫之聲，怒號之音，實在是舉世未有。
戰後麵對屍橫遍野的慘狀，櫻井忠溫寫道：“勇士之死屍山上更築山，戰士之碧血凹處流成川。戰場變為墳墓，山穀化為焦土。”日本軍人滴著黑血的胳膊，肉皮被燒掉的腳掌，緊咬嘴唇的白牙，死而未瞑的眼珠，半個身子被土埋沒的屍體，被炸得粉碎的骨頭，被炸爛的肉，橫流的鮮血，折斷的日本武士刀，破碎的槍支，散落遍地。實在是太慘烈了。
大孤山進攻戰中日軍首次向旅順市區開火，這更加緊了俄軍突圍的步伐。8月10日維特蓋夫特率16艘軍艦駛出旅順口，與此同時東鄉平八郎率第一戰隊從大連出擊。12時30分東鄉平八郎發現目標後立即接敵，但被俄軍甩掉。17時30分兩軍相距7000米，日軍一炮擊中俄旗艦“皇太子”號，維特蓋夫特陣亡。俄國人的運氣太次了，一場戰役還沒完就死了兩個艦隊司令。在維特蓋夫特死後，副司令烏赫托姆斯基少將未積極指揮，各艦自行其是，大部分艦隻又逃回旅順，隨即他下令將軍艦上284門火炮拆下用於陸地防禦戰。
乃木希典看出俄軍沉不住氣了，他怕俄軍跑了，於是在8月16日向其下最後通牒，說：“旅順口之光輝防禦，誠令舉世驚奇。但汝海陸各方均被我優勢兵力所包圍，待援無望。縱有天才傑出之將領，忠勇善戰之士兵，要塞終亦不保。我軍已準備就緒，待命總攻。一旦海陸並進，要塞指日可破。為造福人類，避免無謂犧牲，特提議著手投降談判。”
俄軍拒不投降。乃木希典指揮第三集團6萬人和400門火炮於8月19日對旅順發起總攻，俄軍陣前布滿了蟻群般日軍，日軍士兵的嚎叫和呐喊響徹整個戰場，在俄軍迫擊炮和馬克沁重機槍打擊下日軍敗退。乃木希典隨即實行“肉彈攻擊法”，這種戰法，說白了，就是用自己部下的肉去麵對敵人的彈，當然，這“肉”是用武士道精神武裝的“肉”，這是用日本軍人的生命來鋪成一條勝利之路。這一仗是肉彈攻擊的開始，此後滇緬會戰、太平洋戰爭，日本軍人多次用“肉彈”攻擊法。