日军攻陷金州，夺取大连湾，其目的是为了攻取号称“东洋第一坚垒”的旅顺口。因此，日本第二军在大连湾休整十天之后，便向旅顺发动了进攻。
旅顺口与威海卫隔海相望，共扼渤海的门户。旅顺口最狭，宽仅九丈，内澳周约十四里，水深两丈以上，可容铁甲兵轮。一八八O年冬天，首筑黄金山炮台，为旅顺设防之始。一八八一年，又在旅顺设置水雷营、鱼雷营和屯煤所，并配备了挖泥船，以浚深海港。一八八五年中战法争后，清政府决意“大治水师”。李鸿章也主张：“为保守畿疆计，尤宜先从旅顺下手。”他说：“铁舰收泊之区，必须有大石坞预备修理，西报所讥有鸟无笼，即是有船无坞之说，故修坞为至急至要之事。”注1到一八九O年，在内澳东岸所建之大船坞全部竣工。这是一项大工程，当时被称为“海军根本”注2，“其规模宏敞，实为中国坞澳之冠”。注3在建港的同时，还陆续修建海岸炮台多座。战争爆发后，又临时增修了一些炮台。在东西两岸诸炮台中，“以黄金山炮台为第一坚固，置三百六十次(度)回转自在大炮，海面攻之甚难。”注4著名爱国诗人黄遵宪曾有诗赞旅顺口之险要：“海水一泓烟九点，壮哉此地实天险！炮台屹立如虎阚，红衣大将威望俨。”但又指出：“鲸鹏相摩图一瞰，昂头侧睨视眈眈。”注5确实，日、俄两国早就对旅顺口虎视耽耽，欲攫而瞰之，只是等待时机罢了。
旅顺口之险要，不仅在于口门严实，也在于有“山列屏障”。注6港澳背靠群山，峰峦蜿蜒起伏，呈半月之形，犹如天然城郭，拱环旅顺后路。主要山峰上皆设置炮台，以老虎涧山为界，划分为东、西两个方面炮台群，是为旅顺后路炮台。其炮位如下页表注7。由下表可知，旅顺后路炮台可算是绵密无间，“且山顶峻嶒，连络不断，炮门尽皆向敌，实属形胜天然”。注8防守旅顺海岸炮台的清军，原先只有亲庆军六营。其中，记名提督黄仕林率三营驻东岸：中营守黄金山炮台及人字墙；前营守摸珠礁炮台；正营守老砺嘴炮台。记名总兵张光前率三营驻西岸：后营守老虎尾及威远炮台；副营守蛮子营炮台；右营守馒头山及城头山炮台。战争爆发后，黄仕林增募副前营，张光前增募副后营，各成四营，共八营四千一百人。注9旅顺后路各炮台，原由四川提督宋庆率毅军驻守。后以毅军陆续调走，旅顺后路空虚，李鸿章请旨令临元镇总兵姜桂题招募桂字军，记名提督程允和招募和宇军，各成三营半。和字军驻守椅子山至松树山一线，包括椅子山、案子山、望台北及松树山炮台，桂字军驻守二龙山至蟠桃山一线，包括二龙山、鸡冠山炮台及蟠桃山等临时炮台。姜、程以日军登陆花园口，旅顺兵单，不够分布，共商于旅顺前敌营务处道员龚照玙，“将程之半营并归姜部，程添一营，并成各带四营”。注10得到李鸿章的批准。于是，姜桂题带桂字军四营，程允和带和字军四营，共八营四千人。十一月初，清政府又派记名提督卫汝成率成字军五营及马队一小队乘轮赴援，以加强旅顺后路的防御。成字军五营系分乘两轮赴旅：海定轮载三营一千六百七十二人注11；图南轮载两营一千三百三十六名。注12共三千零八人。注13卫汝成抵旅顺后，率部驻白玉山东麓，作为旅顺后路的总预备队。此外，金州、大连湾失守后，连顺、徐邦道及赵怀业皆率部来旅。连顺的制兵步骑五百八十人，在金州战斗中损失很重。据日方记载：金州“敌军死伤甚多，或死于城外郊原，或跳入护城河自尽，或因进退无路而被俘。”原在城内的“敌军死者数十名，伤者不下百余名，俘虏二百名内外。”注14可见，连顺所部人本不多，经此战后所剩无几。他带残兵至旅顺后，便于十一月十一日乘船至复州注15，没有参加旅顺战斗。徐邦道的拱卫军，在十一月五、六两天的激战中，也损失较重，以减员二成计，尚余一千四百人。赵怀业的怀字军中，赵鼎臣二哨损失较大，其余六营在撤离大连湾时也有减员，还有一千八百人。铭军六哨，来旅者有四百人。注16这样，防守旅顺后路的兵力达到了一万零六百人。
清军驻守旅顺的总兵力为一万四千七百人，其数量不能算少，若能各将同心，指挥得力，是不易攻破的。日军第一师团长山地元治也是这样估计的。据日方记载：在进攻旅顺之前，山地元治的副官预先编制了一份五百人的敢死队名册，山地认为不够，副官又增加五百人，他仍说“不足’，及增至一千五百人，“始颔首曰可”。注17可见，日军是准备付出重大伤亡的代价来攻取旅顺的。可是，旅顺并不象日方所预想的那样难以攻取。
事实上，当时一些熟悉内情的官员，都料定旅顺必失无疑。李鸿章则把不失旅顺的希望寄托于“诸将才能”。他在致龚照玙电中说：“希与张(光前)、姜(桂题)、程(允和)酌之，诸将要知此系背水阵，除同心合力战守外，别无他法。”注18龚照玙以道员任旅顺前敌营务处兼船坞工程总办，代北洋大臣节度，“尽护诸将，实即隐帅旅顺”。本来，龚照玙确实应该负起激励诸将“合力战守”的责任，但他“贪鄙庸劣，不足当方面，颇失人望”。注19不仅如此，在十一月六日、即金州失守的当晚，他既不请示上司，又不与诸将共商，便以“商运粮米”为名，乘海军鱼雷艇赴烟台。时山东巡抚李秉衡正驻烟台，他却避而不见，致被奏参。又以“请援”为名乘商轮赴天津，李鸿章饬其“即日回防，激励诸将同志固守”。注20龚照玙此番寓旅，显系托词逃避，致使人心浮动，造成混乱。“船坞局逃匿殆尽，市无买卖，水旱雷学生亦均逃走。军械局委员自委员以下，迄无下落。”注21西岸旱雷队长张启林竟“将电箱损坏，畏罪带水勇四名逃去”。十一日，龚照玙回旅后，仍然“不能联络诸军，同心固守”。注22于是，在旅顺又重新出现了象平壤那样“有将无帅”的情况。
旅顺先是有五统领，即姜桂题、张光前、黄仕林、程允和和卫汝成。后又增加赵怀业和徐邦道，成为七统领。七统领不相系属，各行其事，怎能御敌？张光前“恐不能和衷，致误大事”，便与黄仕林、程允和、卫妆成等共议，公推姜桂题为总统，“一切听其调度，同心协力”，希望“可以支持大局”。注23然姜桂题出身行伍，目不识丁，“生平未尝把卷”注24，且才本中庸，难有作为，终未能改变“诸军皆观望坐视”注25的局面。他战守无策，只是一味地告援。先驰书于盛宣怀，“刻间旅洋万分吃重，惟望大鼎力转恳中堂格外关系大局，速设良策。”注26继又致书于李鸿章：“刻下，贼既踞金，势必乘胜进犯旅顺。前路已无兵拦阻。职镇等会商，除紧守长墙土炮台，别无良策。然外无援应，纵竭力守御，亦难日久持撑。”注27其实，这种防御方法正是自败之道。时人指出：“方旅顺兵事之棘也，诸将不布远势而跼于自守。当十月初旬，即经营扼后山之计，循老砺嘴后炮台北，沿山北趋，顺山势折而西，又稍北属至元宝房药库之东、水师营之南，逾椅子山炮台再西，而南抵洋沱凹，直走黑沙沟之北，逦迤包三面若半环形，依陆路炮台，严军自守。其无炮台之处，弥以行营炮；行营炮之隙，护以枪队，循山高下，补以土垒。当倭兵踞南关岭后，旅顺诸营自留守海岸炮台勇丁以外，尽数分布后山，即支行帐以宿。而备多力分，牵掣既多，敌人转得蹈我瑕隙。”注28把这一办法用于防守海岸线，更是难以行得通的。驻守旅顺口西岸的张光前致书盛宣怀说：“西岸由口门至双岛套等处，相去几百里之远。口汊太多，仅弟与程平兄(允和)数营分别扼守，地广兵单，万分焦灼。”注29即使将士兵排成单行，也摆不满这样长的防线。采用这种“备多力分”的防御办法，正反映了诸将的慌乱无计，欲其不败是不可能的。
旅顺诸将慌乱无计之日，正是朝廷急筹对策之时。先是清政 府鉴于日军既突破鸭绿江防，又从花园口登陆，敌氛日逼，便于十一月二日成立了督办军务处。及至金州和大连湾失守，督办军务处接报大惊。当天，以“旅顺势甚孤危”，决定派广东提督唐仁廉“前往督率诸将尽力战守”。注30派唐仁廉去旅顺督率诸将，本是李鸿章在此前一天提出的建议，认为旅防“各军无人督率，号令不齐”，“得唐去鼓励督率，定能同心御侮”。注31督办军务处诸大臣正在束手之时，也想不出别的高招儿，只好同意。实际上，尽管唐仁廉“勇气勃勃”，且“颇有远虑”，但一木终难支撑将倾之大厦。故翁同龢于是日在日记中写道：“请派唐仁廉赴旅顺，许之。唐以只身蹈海，何济于事哉？”注32后因没有去旅顺之船，又改令唐仁廉赴奉天，为宋庆后路。
与此同时，督办军务处又提出命李鸿章催令登莱青镇总兵章高元率嵩武军八营“设法东渡”注33援旅。李鸿章复电答以：“轮船、民船皆难冒险运旅。”注34于是，督办军务处又想出“以马吉芬统带铁舰护送章高元八营赴旅”，并请旨谕李鸿章“面询汉纳根，妥筹办理”。注35枢府诸臣面对严峻的形势，已感到无计可施，只好寄希望于洋人来创造奇迹。为此，李鸿章召集汉纳根、丁汝昌至天津开会。
十一月十日，李鸿章先与汉纳根会晤。汉纳根提出，海军六船只定、镇可恃，倭既据金、湾，其快船、雷艇必聚大连湾海澳，时在旅口游弋。我舰挟运船往旅，必有大战，以寡敌众，定、镇难保，运船必毁。定、镇若失，后难复振，力劝勿轻一掷，仍回威海与炮台依护为妥。”李鸿章则认为：尽管马吉芬“胆气尚好”，但“目下情势尚未敢任战舰护兵之役。”注36十二日，李鸿章与汉纳根、丁汝昌商谈援旅事。汉纳根提出三条意见：一、旅顺“山径险阻，现有二十一营注37分守前后，可以暂支，即冒险添兵往助，似无大益”；二、“旅口倭船游弋，运船断不可往”；三、“金州北路一军往攻，是以牵制敌势，但敌众我寡，难期制胜，章高元八营请由登州乘轮至营口前进，会合宋军，气力较厚”。丁汝昌也认为“若令护送运船，适以资敌”，与汉纳根“意见相同”，但表示愿意“即率六船由津赴口外巡缴，遇敌即击，相撞即攻”。三人商谈的结果，看来取得了一致的意见。所以李鸿章当即电嘱山东巡抚李秉衡：“饬章高元整备，改赴营口，为宋庆、刘盛休等后继，雇用商轮，分起运往。”注38清廷听到旅顺“可以暂支”，又寄希望于北路进兵，便批准了三人商议的保旅方案。光绪谕李鸿章：“章高元八营著即由登州乘轮 赴营口，会合宋庆进剿。据称旅顺‘可以暂支’，惟前电有‘各炮台防守可支半月，惟乏粮’等语。究竟如何馈运接济？著李鸿章设法迅速办理。”注39李鸿章一面雇镇东商轮往旅顺运粮，一面命丁汝昌率六舰由大沽径赶旅顺探巡。十三日晨，丁汝昌抵旅，了解旅顺的布防情况后，即向旅顺诸将提出：“须抽奋勇为迎击之师，或出墙迎剿，或策应吃紧之处。”当晚，丁汝昌以“羊头窝(洼)、小平岛倭均驻雷艇”,“六船不能在旅久泊,夜间恐至失事”注40，启碇离旅，于十四日凌晨到威海。从此，旅顺便与外间断绝了联系。
十五日，日军便开始向旅顺进逼了。
日军既占领金州和大连湾，便开始为进攻旅顺进行准备。每日多发探骑，侦察旅顺的道路，地形及驻兵情况，并绘制旅顺半岛地图。
十一月十五日，又组织两支大股部队进行前敌侦察：骑兵第一大队长秋山好古率骑兵大队及步兵两个中队，至土城子侦察地形；步兵第二旅团长西宽二郎率其支队，侦察旅顺后路炮台。秋山一股进至水师营北。西宽一股则行近旅顺后路炮台，因被守军发现而开炮，始退至营城子。十六日，日军暂止大股活动，只派少数探骑潜入水师营东南的八里庄，侦察旅顺后路炮台西面的通路。由于连日来的侦察，日军完全掌握了旅顺的防御情况。而清军明知“东兵从土城子、水师营而来，正走山凹缺口”注1，却不在此设防，而听任日军侦察部队自由往来。
十七日拂晓，日本第二军除少量留守部队外，全部出动，开始向旅顺进犯。其行进顺序如下：骑兵搜索队：骑兵第一大队(缺三个小队)及骑兵第六大队第一中队(缺两个小队)，由骑兵第一大队长秋山好古少佐率领。
前卫：步兵第二联队(缺第二中队)、骑兵第一大队的半个小队及卫生队之一半，由西宽二郎少将率领。
右翼纵队，第一师团本队(其中，步兵第十五联队的两个大队留守金州)，由山地元治中将率领；混成第十二旅团步兵第二十四联队，由长谷川好道少将率领。
左翼纵队：混成第十二旅团步兵第十四联队(其中一个大队留于和尚岛的柳树屯，警备大连湾兵站监部驻地)、骑兵第六大队的一个小队、炮兵第六联队的一个山炮中队、工兵第六大队第二中队(缺一个小队)、第六师团卫生队之一半及粮食运输队之一半，由步兵第十四联队长益满邦介中佐率领。
野战兵工厂。
是日，骑兵搜索队，前卫、第一师团在三十里堡会合；混成第十二旅团本队驻于金州南；第二军司令部位于第一师团与混成旅团之间，左翼纵队在辛寨子；野战兵工厂在柳树屯。
十八日晨六时，秋山好古率领骑兵搜索队自三十里堡先发。西宽二郎率前卫继后。西宽二郎率队至前各镇堡与第一师团主力会合后，重新进行编队；又率步兵第三联队、一个骑兵中队、一个炮兵中队及工兵第一大队，作为前卫前进。这样，日军骑兵搜索队在前，前卫随后，经营城子、双台沟向土城子行进。
先是丁汝昌于十三日抵旅时，曾建议“抽奋勇为迎击之师”，但姜桂题自以“紧守长墙土炮台”为得计，对此建议并不重视，致使日军侦察部队得以屡次出现于旅顺后路炮台附近。徐邦道不顾新败之后，“固请于桂题，欲增兵与倭争后路，不许；乃请给枪械，桂题许之，令至军库自择。邦道率其残卒行，而怂恿卫汝成并进。汝成为所动，从之。”注2十八日，徐邦道率拱卫军行，卫汝成率成字军继之，经水师营进抵土城子。
上午十时，日军骑兵第一大队长秋山好古率骑兵搜索队抵土城子。前卫骑兵中队先发现清军步兵三百余人及骑兵四十余占领前方高地。前卫骑兵中队长浅川敏靖大尉根据往日的经验，以为清军一看到日军就会狂奔，但“今日不仅一步也不后退，而且有进攻的迹象”。果然，到十时三十分，清军突然在相距一千公尺的高地上吹响了军号，向日军发起攻击。浅川考虑：清军“占领了最便于进攻的位置，无论防守还是作战，日军皆处于不利的地位。”注3于是，他便带领前卫骑兵中队向土城子村西北撤退。此时，骑兵大队正在土城子村东北，据守沙河土堤，下马徒步作战。清军一面以步队进逼，一面以骑兵从土城子以西包抄日军后路。浅川见状，向秋山好古建议撤退。秋山认为，撤离河堤将会招致更大的损失，莫如坚持反击。浅川不得已率前卫骑兵中队回头作战，但仅战片时，即中弹落马，因被一土兵救起，侥幸未曾丧命。此时，双方刀枪相加，战况趋于激烈。由于徐邦道的拱卫军和卫汝成的成字军都投入了战斗，在数量上占有极大的优势，而且士气旺盛，勇往直前，“清弹乱射，势不可当”注4，因此日军“骑兵全部陷于重围之中，面临进退维谷之境”。注5秋山好古见事不好，下令突出包围，向双台沟方向奔逃。清军遂将土城子占领。
徐邦道下令向北追击逃敌。时日军前卫第三联队第一大队长丸井政亚少佐已抵双台沟。丸井已先派步兵第三中队为尖兵，命其在双台沟高地选择防御阵地。及至日军前卫抵双台沟后，丸井即率步兵第三中队向土城子前进，第一大队之第一、第二，第四中队则留在双台沟高地。南行约六里时，丸井突接骑兵来报，知清军已至土城子，便一面遣快骑传令步兵第一大队其余中队来援，一面率队向清军反击。二等军曹川崎荣助在日记中详细地记述了这次战斗：“敌军举着红白、红蓝旗帜，潮水般地涌来。我中队立即射击，敌军反击，战斗数小时。炮声如雷，弹如雨注，硝烟迷漫，笼罩原野，彼我难辨。……敌军的旗手举着蓝色旗帜，距我仅仅有二、三十米了，其势难敌。……我军苦战之状，实非笔墨所能尽述。”注6尽管日军又有两个中队来援，清军仍然猛追不已。日军来不及收拾尸体和运走伤员，只顾向北奔逃。有些受伤日兵不能行走，便举刀“自刎”，或“在敌人尚未靠近的瞬间，自割喉咙而死”。在步兵的救护下，秋山好古“万死之中得此一生，终于得以逃出战场”。注7时已下午四时。清军连战近六个小时，“饥疲甚”，“无接应”，且徐邦道拱卫军“新败，无行帐，其步卒非回旅顺不能得一饱，遂弃险而不守，仍退归”。注8土城子迎击战是甲午战争期间打得比较好的一次小战斗，给日军以较大的杀伤。据日方公布的死亡数字：日军骑兵搜索队死二等兵饭尾金弥一人，伤中队长浅川敏靖大尉以下五人注9；步兵第三联队第—大队死小队长中万德次中尉以下十一人，伤三谷仲之助中尉以下三十八人。注10共死十二人，伤四十三人，合计五十五人。在这次战斗中，清军发挥了战术上数量的优势，打得主动，所以取得了这样的战果。但是，在清军将领中，还是株守阵地待敌来攻的消极防御思想占了上风，局部的胜利并不能挽回注定的败局。土城子迎击战以后，后路险要尽弃而不守，“旅顺事遂不可为矣”。注11土城子战斗后，日本第二军继续向旅顺进逼。十一月十九日晨五时，各部队从营城子出发。二十日，已全部到达准备发起攻击的出发地。因攻城炮尚未运到，故决定以二十一日为总攻之期。是日下午二时，大山岩在李家屯西北召开作战会议，部署明日的作战计划：骑兵搜索队：警戒盘龙山西，且出一部分骑兵搜索通向旅顺的道路。
右翼纵队：第一师团在旅顺大道以西展开，首先攻占旅顺后路最高大坚固的椅子山炮台，然后进攻松树山；混成第十二旅团列阵于旅顺大道以东，进攻二龙山炮台。
左翼纵队：列阵于旅顺东北，以牵制清军。
总预备队：第一师团步兵一大队及骑兵搜索队半小队，隶于军司令部，驻于土城子南。
同时与海军取得联系，要求舰队明日从海上加以配合。
徐邦道见日军已逼近旅顺，再次决定主动出击，并请卫汝成派队助之。二十日下午两点多钟，清军分两路向石嘴子进袭：一路自水师营西的盘龙山进，约三千人；一路自大道进，约二千人。此时，大山岩召集的作战会议刚散。日军第一师团长山地元治还正在返回师团本部的途中，发现“山谷里到处出现大大小小的红蓝军旗”注1，断定是清军来袭。他立即命令各部队紧急集合，进行战斗准备。清军已从三面包围了日军步兵第二联队长伊濑知好成大佐所占领的石嘴子以南高地。但由于日军占据了有利地形，清军的进攻受阻。日军在高地架起野炮和山炮，据高猛轰山谷里的清军。第一师团本队及混成第十二旅团也分兵来战。双方战至日落西山，暮色朦胧，徐邦道见以寡敌众，终难取胜，便下令撤退。日军不敢追赶，只是严加戒备。这是徐邦道指挥的第二次迎击战。尽管清军在战斗中奋勇拚战，已经无法挽回不利的局面了。
十一月二十一日凌晨二时，日军各部队在篝火间整顿装备，做好进攻的准备，然后悄悄地向指定阵地前进。进攻的前夜，第一师团长山地元治向各部队下达了师团命令，其内容如下：“一、全军于二十一日进兵敌军堡垒。混成旅团展开于土城子至旅顺大道之间，进攻二龙山炮台；但在炮击椅子山炮台期间，须实行佯攻。左翼纵队展开于旅顺东北，牵制敌军。攻城炮自明日拂晓时开炮。
二、本师团的任务是首先占领椅子山炮垒群。
三、西少将率领步兵第三联队(缺一个中队)、步兵第二联队第三大队、骑兵半个小队、山炮大队、炮兵一个中队及卫生队之半，明日拂晓炮击椅子山炮垒群。
四，炮兵联队(缺第三大队)于明日凌晨五时以前，在石嘴子以西占领阵地，做好炮击椅子山炮台的准备。步兵第二联队(缺一个大队)、工兵第二中队的两个小队及卫生队之一半，支援炮兵。
五、其余各部队作为预备队，凌晨二时集合于石嘴子西南，属本人直辖，沿步兵第二旅团长的前进道路行进。
各部队的辎重于清晨六时以前集合于米河子附近。
野战医院和弹药运输纵队于清晨五时以前集合于石嘴子；粮食运输纵队集合于米河子与土城子之间。
本人同预备队一起行进。”注2
二十一日晨六时四十分，西宽二郎率领所部到达椅子山炮台之西北。此时，“烟雾茫茫，不辨位置。未几，日光渐高，烟消雾散，始见椅子山左翼炮位位置。”注3六时五十分，日本联合舰队“以兵轮横排一字阵于旅顺海面，包我东西各炮台之外，而距离甚远，盖以眩我将土耳目，牵我兵力，俾得专注陆路尽力来攻。”与此同时，日军攻城炮、野炮、山炮共四十余门，围住椅子山炮台连环轰放。“我椅子山以炮还击，东路之松树山陆路炮台助之，而东南面之黄金山、南面之馒头山两海岸炮台皆以炮遥击，相持及一点钟。”注4“斯时战斗最为激烈，两军炮声隆隆，似有天柱为之崩塌，地维为之碎裂之势。”注5日军利用炮火的掩护，渐次迫近椅子山炮台，并蚁附而登。清军竭力抵抗，“自上而击，自下而逼”，“从侧面射击之势尤剧烈”。并与日军展开了白刃战，只见“剑影相闪及兵刃相接”。山地元治见状，急命预备队投入战斗。其中一股占领了椅子山西鸦湖河北岸的高地，程允和的和字军“据堤轰击”，使其不得前进。日军第一联队第一大队山炮兵发炮猛射，清军终于不敌。八时许，旅顺后路西炮台群的椅子山、案子山及望台北诸炮台，皆先后被日军攻陷。和字军撤出炮台后，在程允和的指挥下，还在继续抵抗，“战斗益激，铳声、炮声愈剧”。并“架野炮于高地以击日兵，馒头山、黄金山海岸炮台亦连射击，日兵苦战。”注6和字军四面受敌，死伤甚重，便一面抵抗，一面向西海岸退去。
按原来大山岩布置的作战计划：日军第一师团进占椅子山炮垒群以后，立即进攻二龙山的邻堡松树山炮台；与此同时，混成第十二旅团以步兵第二十四联队全力进攻二龙山炮台，以另一支部队占领其右侧的炮垒。但是，“椅子山与松树山之间河水滚滚，道路极为不便，加之中间有一个清军兵营，清军以枪炮据守，第一师团的部队无法顺利地通过，因而延误了时间。”注7此时，混成第十二旅团早已埋伏于二龙山以北，等待着发起进攻的时刻。上午八点钟刚过，旅团长长谷川好道看见第一师团巳将椅子山炮台攻占，却没有向松树山发动进攻。八点二十分，长谷川命令步兵第一大队和炮兵分队进至担任先头部队的第三大队的近旁。直到九点已过，第一师团仍未对松树山炮台发动进攻。由于混成第十二旅团埋伏的地点已经暴露，可能会陷于不利的境地，因此长谷川决定不等第一师团进攻松树山，便先对二龙山炮台发起进攻。于是，他下令：第二十四联队长吉田清一中佐率领第一大队第一、第三、第四中队及第三大队，进攻二龙山，第二大队长中村正雄少佐率领第二大队，进攻二龙山以东的炮台。
上午九时四十五分，日军混成第十二旅团开始对二龙山炮台发动进攻。第三大队为前锋，第二大队继进，工兵小队又继之，预备队在最后。据日方记载，清军努力防战，“炮声如万雷齐鸣，硝烟弥漫天地，咫尺不辨；机关炮炮弹落在我军部队之前后左右，战斗极为激烈，又特别雄壮。”注8清军对接近炮台的日军，则用步枪射击。十点钟过后，仍未见第一师团向松树山炮击。而此时清军从三个方向的炮台一齐猛击，使日军处境极为困难。于是，日军便派出一个小队向松树山前进，佯攻松树山炮台，以使其停止对二龙山方面的炮击。适在此时，日军第一师团的野炮开始向松树山猛射，炮兵联队也用攻城炮发炮支援，日军的攻势大为加强。不久，“松树山堡垒内火起，白烟涨天，火药库爆裂”注9，守台清军只好撤向二龙山。松树山炮台遂被日军攻陷。
吉田清一见松树山炮台攻陷，便命令第二十四联队向二龙山炮台发起冲锋。姜桂题指挥桂字军拚命抵御，用克虏伯炮、格林炮猛轰，并以步枪瞰射，两次打退了敌人的冲锋。日军依仗人多势众，继续向炮台攀登。当日军登至三分之二的距离时，清军引爆了地雷，使其冲锋再一次受阻。但是，日军在军官的督战下，“足踏鲜血，跨过尸体，终于逼近了炮台”。注10此时日军已布满山野，从四面向炮台攀登。姜桂题见伤亡太重，已不可胜防，便率部撤下炮台，突围而出。清军撤离前，在弹药库里点燃了地雷。当日军“攀上垒壁的刹那间，天崩地裂一声巨响，蒙蒙浊云弥漫于六合”注11，当时在阵后目击的西方武官无不视为“壮举”。注12上午十一时三十五分，日军攻占了二龙山炮台。
在日军第二十四联队进攻二龙山炮台的同时，第十四联队在联队长益满邦介中佐的指挥下，也向鸡冠山炮台发起了进攻。益满邦介命第一大队为前锋，由大队长花冈正贞少佐率领，直攻鸡冠山炮台，又命第三大队第九、第十二中队，由大队长岛野翠少佐率领，转向小江山炮台，自第一大队的左侧而进。“清兵极力拒之，诸炮台连发速射炮，纷纷簇簇，如骤雨不绝，日前卫队颇苦之。”注13在激战中，花冈正贞中弹，不久毙命。十一时四十分，日军终于攻占了鸡冠山炮台及附近的临时炮台。
当椅子山炮台失守时，卫妆成和赵怀业“即向东行”。徐邦道在毅军操场接战，被日军围困于教场沟，“皆老队，死剩十余人，犹战不已”注14，终于冲出重围。程允和和姜桂题也都先后突围而出。龚照玙先奔小平岛，又乘渔船遇到了烟台。
日军这时已全部占领了旅顺后路炮台，便转而向海岸炮台发动进攻。日军进攻的主要目标是黄金山炮台。“因此台了望自由，胜过其他炮台，且备有大口径火炮，皆可旋转三百六十度，有八面射击之便，故占领旅顺海岸炮台，须先自此台开始。”注15山地元治将进攻黄金山炮台的任务交给了步兵第二联队长伊濑知好成大佐。
伊濑知好成即率队前进，逼近黄金山炮台。但清军东岸守将黄仕林不作任何抵抗，即弃台而走。日军便轻易占领了黄金山炮台。东岸之摸珠礁、老砺嘴等炮台守兵见主将已遁，亦皆不战而奔。但在此时，西岸炮台还在守将张光前的指挥下坚守不退，日军为攻占西岸炮台，以联合舰队从海上配合轰击。馒头山等炮台“频炮击之”，“舰队不敢应”。注16直到夜幕降临，西岸炮台还在清军手中。日军只得暂时停战，是夜，张光前率队循西海岸向北撤退。
至此，旅顺口终于全部陷落。当时军中流传的歌谣，有“铁打的旅顺”注17一语，事实并非如此。“旅顺之防，经营凡十有六年，靡钜金数千万，船坞、炮台、军储冠北洋，乃不能一日守。门户洞开，竞以资敌。自是畿甸，陪都撼扰，而复(州)、盖(平)以南遂遍罹锋镐已！”注18日军虽然攻陷了旅顺口，但也付出了沉重的代价。据统计，是役“日军死六十六人，伤三百五十三人，不知下落者七人”注19合计四百二十六人。清军的死伤数字远比日军多，但从无精确的统计。或说“清兵死于旅顺口者凡二千五百人”注20，或说“约死二千人”注21其实都有所夸大，因为其中多数是旅顺市街的平民。注22再据日方政府公布的数字，清军被俘的人员为三百五十五人。注23旅顺口失守后，清政府查办有关人员，将姜桂题、程允和、张光前“一并革职，准其暂留宋庆军营，带罪图功，以观后效”。注24龚照玙、黄仕林、卫汝成、赵怀业四人，被江南道监察御史张仲炘奏参，指其“不能一战委而去之，失地丧师，偾军误国，实为罪魁”。注25龚照玙和黄仕林皆先后被逮问，定斩监候。注26卫妆成、赵怀业二人在逃未获，则被查抄家产。注27日本侵略军攻占旅顺口之后，兽性大发，滥杀手无寸铁的平民，制造了震惊世界的旅顺大屠杀惨案。大屠杀从十一月二十一日至二十四日，持续了四天，共屠杀无辜群众约两万人。注1日军的骇人听闻的野蛮暴行，引起了世界正义舆论的强烈谴责。指斥“日本披者文明的外衣，实际是长者野蛮筋骨的怪兽”注2许多事件的目击者都记述了这次惨案的真相。当时，美国驻日本武官海军上尉欧伯连正在旅顺，他在给该国驻日公使谭恩的报告中写道：“我曾亲眼看见一些人被屠杀的情形。……我又看见一些尸体，双手是绑在背后的。我也看见一些被大加屠割的尸体上有伤，从创伤可以知道他们是被刺刀杀死的，从尸体的所在地去看，可以确定地知道这些死的人未曾抵抗。我看到了这些事情，并不是我专为到各处看可怖的情况才发现的，而是我观察战事的……途中所看到的。”注3谭恩虽是站在袒护日本的立场上，但接到欧伯连的报告后，在给美国国务卿格莱星姆的电报中不得不承认：“欧伯连上尉的报告与帝俄驻中国及日本武官窝嘉克上校的报告相符合，也与日本运输舰的美藉指挥官康纳的报告相符合。占旅顺时他就在旅顺。从这些人的报告里，似可以清楚地看出—八九四年十一月二十一日……有一次屠杀。”注4英国《泰晤土报》也根据其本国武官的报告和记者的报道，指责日本的残杀暴行说：“日本攻取旅顺时，戕戮百姓四日，非理杀伐，甚为惨伤。又有中兵数群，被其执缚，先用洋枪击死，然后用刀肢解。……日本士卒行径残暴如此，督兵之员不能临时禁止，恐为终身之玷。”注5在惨案的目击者当中，除欧美各国武官外，还有其他一些西方人士。英国人艾伦本是兰克郡一个棉商的儿子，家庭富有，因挥霍无度而破产，无奈出海去碰运气，随美国货轮哥伦布号赴华，为正在同日本作战的清军运送军火。在旅顺大屠杀期间，他困于旅顺口，几乎遭日军杀害，侥幸逃出虎口。辗转回国后，他写下了他在旅顺所经历和目睹的这场灭绝人性的惨剧。兹摘录其中的一些片断如下：“在我周围都是狂奔的难民。我第一次亲眼看见日本兵追逐逃难的百姓，用枪杆和刺刀对付所有的人，对跌倒的人更是凶狠地乱刺。……日军很快地便布满了各街，击毙所有遇见的人。在街道上行走，脚下到处踩着死尸，而且遇见成群的杀人凶手的危险的可能性每时每刻都在增加。我一再地目击日本兵的残杀行径，并屡次看见他们用排枪向胡同里扫射。天已经黑了……屠杀还在继续进行着，丝亳没有停息的迹象。枪声、呼喊声、尖厉的叫声和呻吟的声音，到处回**。街道上呈现出一幅可怕的景象：地上浸透了血水，遍地躺卧着肢体残缺的尸体，有些小胡同简直被死尸堵住了。死者大都是城里人。……注6除艾伦之外，还有一批西方新闻记者，如美国《纽约世界》记者克里曼、英国《伦敦时报》记者柯文、《黑白画报》记者兼画师威利阿士等，当时都在旅顺，也是日军屠杀罪行的目击者。日军攻占旅顺的第四天、即十一月二十四日，克里曼从旅顺发回国内一篇通讯，适可与艾伦的记述互相印证和补充：“我亲眼看见旅顺难民并无抗拒犯军。日人谓枪弹由窗及门放出，尽是虚语。日兵并不欲生擒。我见一人跪于兵前，叩头求命，兵一手以枪尾刀插入其头于地上，一手以剑斩断其身首。有一人缩身于角头，日兵一队放枪弹碎其身。有一老人跪于街中，日兵斩之，几成两段。有一难民在屋脊上，亦被弹死。有一人由屋脊跌下街心，兵以枪尾刀刺插十余次。
战后第三日，天正黎明，我为枪弹之声惊醒，日人又肆屠戮。我出外看见一武弁带兵一队追逐三人，有一人手抱一无衣服之婴孩，其人急走，将孩跌落。一点钟后，我见该孩已死，二人被枪弹打倒。其第三人即孩之父，失足一蹶，一兵手执枪尾之刀者即时擒住其背。我走上前，示以手臂上所缠白布红十字，欲救之，但不能救止。兵将刀连插伏地之人颈项三四下，然后去，任其在地延喘待死。……我等又闻路上离数码外有枪声，又前往探看何事。我等见一老人立于道上，双手被缚于背后，又有三人均系背绑，并已被枪弹倒者转辗于旁。我等行前来，兵即将老人弹倒于地，面朝天呻吟叹气，两眼转睩。兵又脱其衣服，看其胸中流血，后又复放枪弹击之。其人痛极凄楚，形体瑟缩，兵不独不垂其怜，而且唾其面，且嘲笑之。我等睹其情形，惨不可说，不能与日人以理相争。……次日，(战后第四天，即十一月二十四日)予与威利阿士至一天井处，看见死尸一人。即见二兵曲身于一尸之旁，甚为诧异。一兵手执一刀，此二兵已将尸首剖腹，刳出其心。一见我等，即欲缩身隐面回避。(据我所见)旅顺之战场所死者，华人(清兵)不逾百人，惟无军械在手之人被杀者至少二千人。……所有我所述之情状，非有英、美随营员弁即有柯文或威利阿士在场所见。此虽谓之战，惟不过野人之战而已。……日本统帅与其分统，非不尽知连日屠杀。……”注7克里曼的通讯，在西方引起了极大的震惊。当时，日本同美国商谈缔结改订条约已经达成协议，只等美国参议院通过了。美国国务卿格莱星姆通知日本驻美公使栗野慎一郎说：“如果日军在旅顺口屠杀中国人之传闻属实，参议院的通过必将发生极大困难。”陆奥宗光大为恐慌，一面指示栗野“以敏捷手段，尽力使参议院早日通过新条约”注8，一面玩弄其欺骗世界舆论的惯技，发表公开声明，指责克里曼的报道“是大加夸张渲染以耸人听闻的”。注9尽管日本政府对其军队的滔天罪行矢口否认，百般抵赖，但墨写的谎言终究掩盖不住铁的事实。
一些旅顺大屠杀的幸存者，以亲临目睹的活生生事实揭露了日军的惨暴罪行。苏万君老人那年才九岁，他“亲眼看见日本兵把许多逃难的人抓起来，用绳子背着手绑着，逼到旅顺大医院前。砍杀后，把尸体推进水泡子里，水泡子变成一片血水。大坞北边机器磨房里尸体满地，麻袋包和墙上到处是血。”被日军强迫收埋死尸的老人鲍绍武说：“日本兵侵入市内，到处都是哭叫和惊呼声。日本兵冲进屋内见人就杀。当时我躲在天棚里，听到屋里一片惨叫声，全家被杀了好几口。我们来参加收集尸体时，看到有的人坐在椅子上就被捅死了。更惨的是，有一家炕上，母亲身边围着四、五个孩子，小的还在怀里吃奶就被捅死了。”另一个被迫参加抬尸的水师营老人王宏照说：“一天鬼子用刺刀逼着我们抬着四具尸体往旅顺走。看见旅顺家家户户都敞着门，里面横七竖八的尸体，有的掉了头，有的横倒在柜台上，有的被开膛，肠子流在外面一大堆，鲜直喷得满墙都是，尸体把街都铺满了。”注10这些当事人的控诉，证明了艾伦的记述和克里曼的报道是完全真实的。
不仅如此，日谍向野坚一日记的发现，更进一步证实是日本军事当局一手制造了这起惨绝人寰的大屠杀事件。向野随日本第二军第一师团进攻旅顺口，他在十一月十九日的日记中记述，日军由营城子向旅顺进攻时，军官下达了“见敌兵一人不留”的命令。日军步兵第三联队土兵路过民家，见“有土人二”，“遂进去击杀之，鲜血四溅，溢于庭院”。“师团长(山地元治)见此景……表示今后不许轻易对外泄漏。”注11旅顺大屠杀后不久，向野还在一次内部谈话中透露，“在旅顺，山地将军说抓住非战斗员也要杀掉。……山地将军……下达了……除妇女老幼外全部剪除之命令。旅顺实在凄惨又凄惨。旅顺口内确实使人有血流成河之感。”注12向野坚一的自供，不仅承认旅顺大屠杀是事实，而且明确指出是日军第一师团长山地元治中将亲自下令制造这起惨案的。再证以克里曼的通讯，可知这次大屠杀也是为日本第二军司令官大山岩大将所同意和批准的。
在铁的事实面前，连原先支持过日本发动这场侵华战争的西方人士也难以为其辩护。英国知名的法学权威胡兰德博士即是如此。旅顺大屠杀事件发生后，他倍感难堪，因为他“在这次中日战争中，从一开始就常常赞扬日本的行动”。注13为了避免使自己在国人面前名誉扫地，他不得不在所著《关于中日战争的国际公法》一书中说点表面上的公道话：“当时日本官员的行动，确已越出常轨。……他们除了战胜的当天以外，从第二天起一连四天，野蛮地屠杀非战斗人员和妇女儿童。据说当时从军的欧洲军人及特约通信员，目睹这一残暴情况，无法加以制止，唯有旁观，令人惨不忍睹。在这次屠杀中，能够幸免于难的中国人，全市中只剩三十六人。这三十六人，完全是为驱使他们掩埋其同胞的尸体而被留下的。他们帽子上粘有‘勿杀此人’的标记，才得免死。”注14旅顺惨案的消息迅速传遍全世界，使日本政府非常惊慌。美国驻日公使谭恩对陆奥宗光说：“如果此时日本政府不采取一定的善后措施，那么迄今日本获得的名誉将完全毁掉。”随后，俄国驻日公使希特罗渥亦面晤陆奥，谈及旅顺口屠杀事件时，“虽所言与美国公使略同，然其口气冷淡，令人可怕”。陆奥不敢怠慢，急电伊藤博文说：“此等事实如最终不能否定，应有一定善后之考虑。”注15可是，要采取善后措施和调查这次大屠杀事件，从第一师团长山地元治到第二军司令官大山岩就都有涉及责任问题的危险。而召回在国外指挥作战的最高司令官，不仅在接替人选的安排上有困难并影响士气，而且政府也有可能遭到军部反击。伊藤博文考虑到问题的严重性，同陆奥商谈后，下达指示：“承认错误危险甚多，而且不是好办法，只有完全置之不理，专采取辩护手段。”注16这就是说，日本政府决定采取其否认事实和指鹿为马的惯用手段了。
于是，陆奥宗光一面致电《纽约世界》杂志“辟谣”；一面向其驻美公使栗野慎一郎发出一份“关于旅顺口事件善后工作的训令”，内称：“请记住，在向部内及他处有关人员提供资料时，务必运用以下诸点：(1)逃跑的中国士兵将制服丢弃；(2)那些在旅顺口被杀的身着平民服装的人大部份是伪装的士兵；(3)居民在打仗前就离开了；(4)一些留下来的人受命射击和反抗；(5)日本军队看到日本俘虏被肢解尸体的残酷景象(有的被活活烧死，有的被钉在架子上)，受到很大的刺激；(6)日本人仍然遵守纪律；(7)旅顺口陷落时抓到大约三百五十五名中国俘虏，都受到友好的对待，并在几天内送往东京。”
他煞费心机地编造出来这些谎言，其目的是统一口径，以消除日本政府内部的步调不一现象。不久，陆奥又炮制了一份“关于旅顺口事件的辩解书”，发给日本驻西方主要国家的公使，并将日本政府决定发表“辩解书”的原因通知他们说：“关于占领旅顺口之际所发生的事实，因来自误传而毁坏我军之声誉，且使外国人往往怀有不快之感，对我甚为不利。为此而起草了关于上述误传之辩解书。”注17这就是公诸报端的《陆奥声明》。陆奥在公开声明中，一面为日军的暴行辩护，说什么外国记者关于旅顺惨案的报道“是大加夸张渲染以耸人听闻的”，一面腼然人面地谎称：“旅顺陷落时，中国兵士看到公开抵抗是无用了，便抛弃他们的军服，穿上平民衣服，把他们自己化装成这个地方的和平居民的样子。”“在旅顺被杀的人大部分被证实是变装的兵土。这些事实的证据是，在所见的尸体上，差不多里衣全都有一些军服上的东西。”注18日本政府掩饰暴行和回避责任的做法，产生了严重的恶果。有的日本历史学家指出：“这样一来，旅顺屠杀事件的责任问题就被搁在一边。但结果从日军的军纪来说，却产生了一个不能掩盖的污点，对残暴行为毫无罪恶感，以致后来又连续发生了这种行为。”注19