而这个事情就纯粹是本世纪最大的笑料，库罗巴特金担心被日军包围，竟“命令东满集群撤离前沿阵地。”
这样一来，七岭子、鞍山站至腾鳌堡一带地区也被日军占领。
俄军东满集群和南满集群踏着泥泞的道路向辽阳防线撤退，俄军向辽阳撤退，使日本各军间的距离缩短了，因而侧翼得以衔接。
从前线撤退的俄军在抵达辽阳新的前沿阵地，立即构筑工事、挖掘战壕、设置障碍物。
在俄军撤退下来之后不久，日军正式进攻辽阳战役打响。
第一军率先以38个营，96门火炮向俄军前沿阵地发起进攻，首先向西伯利亚第三军的右翼冲锋，很快占领了早饭屯以南和西南的高地。
随后日第四军和第二军对首山堡、北大山一线的俄西伯利亚第一军的正面阵地发起猛攻，俄军顽强抵抗，在高桥地区，俄军的一个营在机枪连的支援下，待日军被诱至距俄军阵地750米之时，突然开火，日军的前排瞬间全部倒下，10分钟后，进攻的日军被全歼，日军反复冲锋也未奏效，充分的体现出了重机枪的威力。
俄军亦将西伯利亚第三军和第十军的部分火炮约120门组织起来，统一指挥，与日军火炮对射，压制了日军炮火，致使日军步兵伤亡惨重。
直到深夜，俄国的三个军仍然固守着自己的阵地。
其实在这个时候战场上已经呈现俄军转入反攻的有利形势，与此同时库罗巴特金也下令要求各军军长“在可能和有利的地段转入进攻。”
但是鉴于命令是模棱两可的，所以这三位军长并没有立即没有转入进攻，从而坐失了战机，相反，日本满洲军总司令官大山岩不顾部队的惨重伤亡，令部队继续进攻。
于是在次日，日本第一军第十二师团的前锋过汤河，没有遇到俄军的抵抗，在镰刀湾附近渡过太子河，包抄上岔沟俄军的右翼。当俄军司令部获悉这一情况后，库罗巴特金慌了手脚，立即改变原部署，决定放弃决战，令各军长“撤至第二道防线，在主要方向缩短防线，在太子河右岸集中更大的兵力，以便击退日第一军的迂回包围。
其实日第一军渡过太子河，颇具冒险性，因为在该地区俄军拥有三倍于日军的兵力。
当库罗巴特金集中兵力准备对日第一军反击时，黑木为桢在太子河右岸已经将军队集中，开始采取攻势。
终于，以重大伤亡的代价占领了五顶子山附近到馒头山一带地区。
同一天，日第四、二军队辽阳南部堡垒实行强攻，由于俄军阵地坚固，没有成功。
第二军的第四师团又攻击俄军的左翼，各师团迅速接近俄军，彻夜对峙。
由于第四、二军对阵地上的俄军编制、堡垒位置和障碍物的情况茫然无知，只有依据枪炮声大体判断俄军的位置。
尽管有进入太子河右岸的第一军的配合，仍毫无进展，当日军进攻接近俄军阵地前沿之时，受到俄军猛烈炮火的压制，屡次“受到挫折而停顿”，已感到“无术可施。”
在重大的伤亡之下，即便是崇尚为天皇献身的日本士卒面对这样的伤亡也顿时感到了恐惧。
当天夜间，正当日军进退维谷、一筹莫展之时，与此同时俄军的士气也是空前低落，前线的俄军将军们给库罗巴特金的战况报告中，也充满了悲观的论调。
扎鲁巴耶夫的报告说，遭受日第一、四军两军夹击的扎苏利奇将军的部队现已深感弹药不足，并请求增派一个旅，加强预备队。
什塔克利别尔格在报告中竟丧失信心地提出:“我的处境十分危险，由于在近5天的战斗中，好几个团伤亡严重，没有大力支援，我不但不能转入进攻，甚至无力迎战”，他甚至擅自决定在“深夜将部队撤至李连沟待命。”
以上的报告使库罗巴特金非常沮丧，再也无心恋战，于是下达了这样的一个命令：“决定将部队撤向奉天及奉天以远地方，在那儿集结、补员，以便再战。”
第三天的凌晨，库罗巴特金向全军下达了向奉天撤退的命令。
但是就在库罗巴特金在向全军下达了全军撤退的命令之后，日军指挥部也同样的鉴于第一军的被动处境，以及严重的伤亡，于和库罗巴特金下达撤退命令的同一时间，决定将所属军队向后撤退休整，另图良策。
但是库罗巴特金的撤退命令却抢先一步，在库罗巴特金和大山岩下达了相同的撤退时间之后，但是由于俄军这几天的士气实在是低落无比一听到撤退的命令，恨不得立马撤退，于是在离撤退时间还有两个小时的时候，俄军就已经开始撤退了。
在这一时刻原本日军也在为撤退做准备，但是就在做准备的时候日军的侦察兵突然发现对面的俄军有异动，当时这些日军还以为这些俄军要趁着自己这一方撤退的时候发起攻击，顿时把这些日军给吓了一大跳，但是在观察之后却发现俄军也在进行撤退，于是这一消息很快的就被送到了大山岩的面前。
大山岩在看到这样的情报之后，第一时间便知道胜利的机会来了，于是在俄军的全线撤退之后大山岩下达了全线占领辽阳的命令，命令刚一下达日军各部队感到喜从天降，立即冲进俄军阵地，并于第二天凌晨1时许占领了辽阳城内，辽阳会战到此结束。
在双方都因为伤亡太大而下达了撤退的命令之后，俄军却先于日军撤退导致日军不费吹灰之力便拿