DOI:10.19486/j.cnki.11-1936/tj.2020.16.011 -2020.18.013 -2020.20.013
沙俄强租旅顺口
自19世纪末开始，沙皇俄国对于拓宽远东领土愈发积极，还依靠大规模移民来对大量新获得的土地进行开发。与此同时，南西伯利亚地区也进行了“世纪工程”——西伯利亚大铁路的建设。但凭借当时的俄国财政，尚无法负担将铁路在俄境内沿黑龙江和乌苏里江一直延伸到符拉迪沃斯托克的开支。因此在时任财政大臣维特的安排下，俄国与清政府签订了一系列的条约，通过在中国境内修建“中国东部铁路”（中东铁路）来以较短的距离连接外贝加尔和符拉迪沃斯托克（海参崴）。
但这样一来，俄国对远东的控制面临着一个严重的国家安全问题。俄国驻军不仅要保护本国太平洋海岸，还要保护俄国在该地区的利益，尤其是面对正在不断崛起的日本帝国。只有足够强大的海军才能同时完成这两点，但是要让舰队长期驻扎远东，需要一个不冻的军事港口。在这种情况下，符拉迪沃斯托克狭小的金角湾并不是一个合适的选择。
直到1897年，这个问题才得到了解决。当时多个欧洲列强都在强占和争夺中国沿海的土地和港口，沙皇俄国也欣然加入，力图在黄海地区获得一个不冻港。俄国人的目光落在了辽东半岛，当日本赢得甲午战争后，日本也曾垂涎这里。1897年12月，俄国舰队开进被英国人称为亚瑟港的旅顺，随即在北京和旅顺同时开始了“谈判”。
沙俄海军太平洋分遣队司令杜巴索夫海军少将在“伟大的西索伊”号和“纳瓦林”号两艘装甲舰的12英寸（305毫米）主炮的“震慑”下，同当地中国驻军的指挥官宋清和副官马玉坤进行了简短的谈判。杜巴索夫强硬迅速地解决了俄国在旅顺登陆和中国驻军撤离的问题，谈判过程也伴随着行贿，两位中国守将分别获得了价值10万和5万卢布的金银。中国守将在收到贿赂后的反应相当“和善”，当地2万名驻军在不到24小时内带着他们的个人物品离开了旅顺，但却留下了59门岸防炮，其中的一些直接被编入俄军炮台。
不久后，从符拉迪沃斯托克驶来的运输船“萨拉托夫”号运来了第一批驻军，包括200名外贝加尔哥萨克、野战炮兵营和要塞炮分队。1898年3月，沙俄与中国签订了一份为期25年的租约，租借辽东半岛南部（所谓的关东州）港口及其周边岛屿。旅顺口成为俄太平洋舰队的主要基地，临近的大连港则被宣布为商业港口，两地有一条连接中东铁路的铁路支线。沙皇尼古拉二世为此发布了上谕：“皇帝陛下向太平洋舰队中将杜巴索夫致以最崇高的谢意，并对他所委任的舰队和地面部队的所有军官表示最崇高的谢意，感谢他们出色地执行了占领旅顺港和塔利叶万港（后改名为达里内，即大连）的任务。”
旅顺口要塞的布防与建设
旅顺的地理位置非常有利，从这里出发，俄国舰队可以随时控制朝鲜海峡和对马海峡，而这两者是日军进军满洲的必经水道。但是在黄海海岸建设一座海军要塞需要大量的财政支出，可用于远东建设的资金却很少。因此，旅顺口要塞——这一俄国在辽东最重要的据点的建造不仅没有在日俄战争爆发前完工，甚至只进行了仓促的规划，尽管东北亚的局势本应引起圣彼得堡官方的警觉。不过作为太平洋舰队的主基地，旅顺口的基础设施却很差。该港只有一个又小又浅的出口。大型舰只尤其是装甲舰只能在涨潮时起航，然后利用拖船返回港口。港外锚地完全暴露在开阔水域面前，这对舰船的停靠是十分危险的。另外在陆地方向上，这座军港几乎没有防御能力。
话虽如此，旅顺毕竟多年被北洋水师作为军港使用，中国驻军曾对其进行了加强。港口有四座岸防炮台和一些相当高的地面防御工事，它们环绕在城市的东面和北面，并与后来被称作“中国墙”的土墙合并。除此之外，旅顺郊区还有超过20个被称作“伊帕内”的夯土营垒，但大多数作为环形工事的营垒都已经在甲午战争中遭到破坏。总的来说，俄国从中国人手里获得的要塞内并没有什么具备军事价值的建筑，因此俄国不得不在辽东半岛南部兴建一整套海军基地和要塞以确保对旅顺的控制。
俄国成立了一个负责岸防工事修筑的全权委员会，该委员会建议暂时使用中国已有的沿海炮台，然后再逐步对其进行升级和更新武备。然而这一建议立即遭到拒绝。海防要塞第一个项目的设计者是科诺维奇-戈尔巴茨基中将，他相信在战争一开始旅顺就会遭到包围，因此他提议从陆地方向保护城市和舰队免受炮击。为此他认为应当将陆地方向的防线向北方和西北方扩展并跨过狼山（今凤凰山），确保要塞防线距城区的距离超过8千米，让要塞区内囊括方便指挥的高地。
但是俄国军方却不同意这个观点，他们反对的理由是延长堡垒线需要大量大口径武器以及大量的建筑材料。最终获得批准的是一个更加便宜的项目，由军事工程师、上校韦利奇科所设计，他当时是工程及要塞委员会委员。军事部门派他去旅顺，在其设计要塞布置方案时给了他如下指示：“不要惧怕高层指挥官，不要让他们左右你的设计，当地地形的缺陷可以通过加强防御工事来弥补。”
韦利奇科于是在旅顺口的项目中贯彻了类似原则。不过在他的报告中，依旧指出了重视地形地貌的重要性：“在我们之前所修筑的任何堡垒中都没有遇到过这样的地形、土层和地表特征……”最终的项目包括9千米长的海防防线以及22千米长的陆地防线，其中前者包括27座永备炮台，后者则包括8座堡垒、9座要塞、6座永备炮台以及8座棱堡。韦利奇科的项目在1900年获得批准。
该地区驻扎的炮兵部队包括3个炮群，第1个位于老虎尾半岛，第二个位于黄金山和平岬，第3组位于鸡冠山，此外还计划在白玉山建立一个单独的海岸炮台。据估计，所有的海岸炮台将部署124门不同口径的火炮，包括254毫米、152毫米、57毫米口径的新式岸防炮和280毫米、225毫米口径的旧式臼炮。
要塞防线只扩展到里城区4.5千米的地方，并未囊括凤凰山。坚固的防线沿大孤山-龙脊山-盘龙山角山-高山-白狼高地延伸，根据工程师的计算，此处防线足以保护要塞核心区免受敌方炮击。除了遍布堡垒、支撑点、炮台和棱堡的主防线以外，韦利奇科还计划将老城区以及东港区用一道连续围墙保护起来。其将包括一系列指挥所临时工事以及具备反斜壁和侧翼屏蔽的壕沟系统。这些壕沟部分是开放的，部分有侧翼结构掩护。
整个旅顺口要塞的陆海防线一共有70千米长的阵地，配备有552门（最初设计为528门）不同口径的火炮和48挺弹药充足的机枪，而这些还不包括岸防炮。要塞区总共可容纳7万人。所有工程的成本预计为750万卢布，几乎和为其配置火炮的成本相同，也就是说整个要塞的建设需要1 500万卢布的财政支出。但由于资金不足，建设工作并没有马上全面开展，而是分成了三个部分，计划在1909年全部完工，然而日俄战争提前五年就爆发了。
顺便说一句，当年主张俄国走向远东的维特伯爵对此项支出的划拨非常消极，这对要塞的建设产生了影响。到1904年，要塞总共才获得了425万卢布的拨款，还不到总预算的三分之一。种种经济上的限制迫使韦利奇科将弹药库的混凝土顶盖厚度削减到1.5米，隐蔽部和要塞驻军堡垒顶部的混凝土厚度也削减到0.9米。韦利奇科和他的上司认为，敌人不可能拥有122毫米以上口径的攻城武器，而这种设计更改还得到了军方认可和沙皇尼古拉二世本人的批准。可事实上，日后日军用于轰击旅顺口的攻城炮口径达280毫米。
要塞的建设非常缓慢，此外还伴随着各级负责人的贪腐和财务滥用现象。到战争爆发时，只有9个永备炮台、12个临时炮塔以及2个弹药库完工，只有三分之一的坚固工事成型。而陆地防线的状况更糟，只有一个4号堡垒、3个临时支撑点、3个防线炮台（分别被命名A\B\V）、2个补给点完工，另有3个堡垒、1个防线炮台等设施在建，而大部分坚固工事甚至没有开工。
要塞的武器配备状况也非常糟糕，到1904年2月，要塞总共只配备了116门各种口径的火炮。其中108门面海部署，而陆地方向上只有8门。而那些海防炮在战争中被证明不适合与敌舰交战，在这些花费数百万卢布的火炮中，相当一部分是过时的火炮。它们的射程比不上日本的新式舰炮，射速不超过3分钟一发。而且发射阵地通常是露天的，很容易被敌军压制。
红军捷尔任斯基军事技术学院教授雅科夫列夫在其著作《堡垒的历史——工事的长期演化》中指出：“旅顺口要塞的建设并不符合当时的防御理论，一些外部防御工事与市区的距离不到4千米，其中3号堡垒只有2.5千米，而4号和5号堡垒只有1.5千米。如果将俄舰队驻扎的东港区也算作要塞核心区的话，那么另一些外部防御工事，如1号和2号堡垒距要塞核心的距离也将缩减到3千米。不难理解，这种过短的防御纵深使得旅顺港在战争后期遭到密集炮击，实际上要塞内的舰艇、仓库、医院与街道早在围攻之初就受到敌方炮弹，甚至子弹的威胁。正如我们前面所谈到的，这种防御范围的缩水完全是由于经济因素的限制和对旅顺港防御强度顽固坚持二者之间不匹配所造成的。”
1903年夏天，战争部长库罗帕特金视察了远东部队，他对旅顺口的防御工事进行了详细考察。回到圣彼得堡后，他在给沙皇尼古拉二世的报告中自信地写到：“旅顺港的防御工事建设接近尾声，在有足够驻军和补给的情况下，陆地或海上均无法攻破。关东州（中国东北）的守备力量已获得大幅度加强，现在我们面对大部分状况时都可高枕无忧，包括日本军队可能的进攻。我们有能力和资源保卫旅顺口，即便是面对5～10倍的敌人。进一步的建设工作将为整个太平洋舰队提供安全的庇护港，即使现在，当地的分舰队也可勇敢地与整个日本海军交战并有希望获得胜利。因此，旅顺口有来自海上和陆上的保护，拥有强大的驻军和舰队，代表着独立的作战力量，这使得在战时我们有足够的时间从容地集结部队击败敌人，而后再为旅顺口解围。直到两年，甚至一年前，我们都担心旅顺口可能被从俄罗斯或者阿穆尔地区分割出去，现在我不再担心了。”
库罗帕特金的这番结论无论是现在还是当时来看都是让人哭笑不得，基于此种想法，这位俄罗斯战争部长向沙皇提出应当削减远东的国防开支。作为帝国的战争部长和即将前往满洲上任的最高指挥官，这位将军显然高估了俄军在远东的力量和能力，也低估了日本帝国陆军和海军的能力。
战争爆发
许多俄国军事将领都担心俄国远东的海军要塞存在很多不完善的地方。早在日俄战争爆发十年之前，才华横溢的马卡罗夫海军少将就指出了这一点。而在日俄战争爆发前夕，海军大臣阿维兰海军中将在向海军部提出的报告中也猜测，日本在远东积极的反俄行动很可能以突袭并歼灭当地的舰队和海军要塞作为开端，事实也确实如此。一份新解密的档案证实，在1900年3月8日，已晋升为海军中将的时任喀琅施塔得港指挥官马卡罗夫向海军总部提出了一份令人不安的备忘录：“旅顺港的防线长达22俄里，地形复杂，尽管旅顺港武备委员会要求部署477门火炮，但实际却只配备了不到200门火炮，这种半途而废的建设风险巨大，有百害而无一利……日本已经在朝鲜半岛驻扎部队，我们的舰队在远离基地的情况下无法阻止日军援军登陆。一旦日本完全占领朝鲜半岛，他们将集中比我们更多的兵力围攻旅顺。这将是一场争夺旅顺的战争，一旦旅顺口沦陷，我们在远东的地位将受到巨大打击。”
对于此份秘密备忘录，俄国海军部是如何回应的呢？海军部部长特尔托夫海军上将在他的审阅意见中指责这位未来因防守旅顺而出名的将领纯粹是危言耸听。而海军学院在1902~1903年举行的一场战略演习中也得出了在旅顺的太平洋舰队分舰队可能会遭到突袭，然而这一结论却直接扔进档案室封存了事。
众所周知，日俄战争始于1904年2月9日夜，东乡平八郎派遣的驱逐舰战队突袭了俄军旅顺的俄军分舰队。而就在日军驱逐舰发起攻击之前半小时，在俄军旗舰“彼得罗巴甫洛夫斯克”号装甲舰上召开的军事会议散会时，俄太平洋舰队司令维特格夫特海军少将还明确地向他的军官们表示：“战争不会爆发的……”
从战争爆发的第一天起，日本舰队就开始对旅顺口进行封锁。虽然俄军要塞并未直接遭到攻击，但日本人一直试图将俄海军困死在港内，不断地组织沉船堵口作战，不过几次行动都未达到目的。日本人很快就取得了重大胜利，俄太平洋舰队旗舰“彼得罗巴甫洛夫斯克”号在旅顺港外触雷沉没，与舰同沉的除了全体水兵还包括后来上任的远东地区海军司令马卡罗夫海军中将以及著名画家韦列夏金。日军大本营早就意识到旅顺港的重要性，于是派出了本国陆军仅有的四个军之一的由乃木希典大将指挥的第三军进行围攻。而在此之前，由黑木为桢上将率领的第一军已在朝鲜登陆并击破俄军鸭绿江防线，随后第二军在奥保巩上将的指挥下登陆辽东半岛，最后则是由野津道贯指挥的第四军在大孤山附近登陆。
激战金州城
随乃木希典登陆的第三军配属了大量280毫米攻城火炮，而第二军则向旅顺港背后前进。1904年4月26日，日军切断中东铁路，旅顺俄军被孤立。在向旅顺进发时，日军第二军遇到了第一个地形障碍，那就是宽度仅有约4千米的辽东半岛最窄处，号称旅顺之门。其距离旅顺口要塞62千米，这次战役史称金州南山战役。地峡和金州城由东西伯利亚步兵师下属的第5东西伯利亚步兵团守卫，并得到了野战炮兵的增援（共有3800人、65门野战炮以及10挺机枪），团长特列季亚科夫给予了日军以重大杀伤，他也因此获得了4级圣乔治勋章。
俄军在地峡上修筑了大量防御工事，包括13处炮兵阵地，5座多面堡和3座眼镜堡。此外俄军还挖掘了2道步兵壕（部分地区为3道）以及其间的交通壕。在沿海方向上还有铁丝网并敷设了84枚电引爆地雷，此外阵地上还有66个蔽弹所，挖了8口井，并架设了2座探照灯以及电话线路。
金州城成为了日军第二军前进的一个严重障碍，主要是其得天独厚的地理优势。法国军事历史学家格朗普雷上校研究了日俄战争，他在著作《旅顺港的陷落》中写道：“金州地峡是一个建立防线的理想地点，如果俄国人有时间建造一道完善的防线并充分地使用现代技术进行武装，那俄军可以在仅有一小支守军的抵抗下拖延日军几个月的时间。日本人要么将被迫转入长期围困，要么铤而走险，在直面旅顺港要塞及舰队的火力威胁的情况下从防线背后的辽东半岛其他位置再次登陆。”
正如战争进程所表现出来的那样，金州城成了摆在日军通往旅顺路上的唯一障碍。但俄军在此要地的兵力很少，只有一个步兵团，这点兵力不可能长期阻挡日军的脚步。除此之外，配属的野战炮平均每门只有60发炮弹，这些炮弹只够维持一天的战斗。实际上战斗持续了13小时，日军把第二军麾下的三个师轮番地投入了战场。日军在火力上也优于俄军，日军携带了48挺机枪，远超俄军的10挺。最初的攻击是紧随着强大的炮火准备后进行的，这是对地峡的正面攻击。俄军用步枪和野战火炮击退了日军，有时日军的攻击波勉强被遏制在战壕前25~30米的地方。
英国上校阿普斯利·史密斯曾是日军第二军的外籍观察员，他以第三方的视角记述了这场战役：“战斗非常激烈，日军步兵推进到距目标300~600码的地区相对容易，但随后的冲击则多次失败。到下午5点左右，俄军开始弹药告罄，日军最终取得了胜利。”早在上午11点左右，俄军大部分部署在高地上，位置暴露的炮兵连就已被日军压制，其中一些已经耗尽了弹药，旅顺口要塞并没有向前线补给炮弹。在当天的战斗中，由戈比亚托大尉指挥的炮兵连表现特别突出，他们通过面对面的炮战消灭了日军炮兵连，而本身没有伤亡。
在日军又一次的猛烈炮击后，日军派遣4艘炮舰和6艘驱逐舰驶入金州湾，猛烈炮击俄军沿岸阵地。随后奥保巩将主攻方向放在了右翼，猛冲俄军已被舰炮火力炸的七零八落的俄军工事。加之海滩地区的地形相对平坦，密集的日军人浪得以突破此处的俄军阵地。最终在没有增援部队的情况下，特列季亚科夫团长带着全团和配属的炮兵在销毁了仅存的弹药后从前线撤退。至此，日军获得了攻击旅顺的战术优势，可以从容地建设攻城炮阵地。
金州南山战役成为战争中最血腥的战役之一，日军投入了约3万人（当时第二军总共36000千人）参与进攻，损失了大约4500名士兵和133名军官。西伯利亚步枪团和配属的野战炮兵则损失了1375名士兵（相当于全团的三分之一）和28名军官（相当于亲临前线的军官总数的一半）。俄国海军兵力也参与了金州战役，太平洋舰队派出“海狸”号炮舰、“活泼”号和“激烈”号驱逐舰开进洪崴子湾尽力靠近日军开火也未阻止日军的前进。当退潮时，俄军舰艇不得不离开海湾，但仍继续向日军开火直到弹药耗尽。
金州的失守对旅顺守军的士气造成了沉重打击。军事工程师莉列对此写到：“我们对于金州地峡的防御投入了如此大的工作、精力和资源，结果一个整天都没撑过去”。另一名旅顺守军的成员拉舍夫斯基在自己的日记中写道：“我们都无法接受这样的现实，虽然面对的是整个军，但我们的防线在第二次冲击之后就垮了。我们既没能撑过更多波次的攻击，也没能尽可能地延缓日军的前进。”
在考虑日俄战争的未来和旅顺口要塞的命运时，拉舍夫斯基写到：“我认为，旅顺就是日本人的首要目标，一旦拿下旅顺，日本人最起码就赢了一半。我们将失去舰队以及重金打造的要塞和炮兵……更重要的是，一旦日本人拿下旅顺，他们的西方盟友，例如美国，就会直接给予日本人资金支持。”拉舍夫斯基的另一段记述也很能反应当时旅顺守军的心理：“所有那些试图掩盖自己无能的人都说旅顺是坚不可摧的，正是那些国家的蛀虫让我们陷入了困境……上帝允许我们为了俄罗斯和旅顺的荣誉而战，但这无疑会让旅顺守军付出巨大的努力和牺牲……”
不过战事的进程并没有各方想象的那么快，随着日军占领大连，旅顺实际上已被严密包围。在大连，负责围攻旅顺的日军第三军在乃木希典的指挥下集结。在1894年的甲午战争中，乃木希典就曾轻易占领旅顺。如今，日本人期盼其能再一次地顺利拿下旅顺。而与之对应的，俄军要塞的指挥官则是斯特塞尔。据同时代的人说，这位中将几乎是远东沙俄陆军最无能的代表。由于惧怕日本人从金州方向的进攻，斯特塞尔下令将两个西伯利亚步兵师——福克少将指挥的第4师和孔德拉坚科少将指挥的第7师不战而撤到狼山。这使得旅顺守军失去了节节抗击日军的机会。为了迎击日军，孔德拉坚科少将将他的部队部署在西宁祠以东的苏安-蔡沟龙王塘一线的高地上坚守阵地。
第四东西伯利亚师的部署更为靠前，其麾下的4个步兵团可以得到第7师的增援。然而为了防止日军迂回，他们的防线长达28千米。西部利亚步兵们迅速地把自己变为工程兵，全力投入到战壕、掩体、炮兵阵地以及避弹所的挖掘与修建之中，并架设铁丝网和敷设地雷。可是俄军的情报与侦察工作十分糟糕，福克的师部多次接到日军向旅顺进发的报告，但最后证明都是假消息。由于在南山金州战役中遭遇了巨大的损失，日军不得不重新集结力量，专门负责围攻旅顺的第三军仍在大连附近登陆。1904年5月，日本人自己也担心遭到俄军的反击，然而俄军根本没有这样的胆量。直到仲夏到来之前，交战双方都在解决自己手头的问题：俄军强化了阵地，并对要塞进行了加固，日本人则忙于登陆并集结力量。
日军的灾难日
日俄两军对旅顺的争夺始于贯穿整场战争的水雷战。为了强化对旅顺的封锁，日本海军在夜间对旅顺口外围进行了攻势布雷，再加上原本俄军就布设在锚地周围和防御性水雷障碍，两军的水雷犬牙交错。而继载着马卡罗夫司令官的旗舰“彼得罗巴甫洛夫斯克”号触雷沉没后，这次轮到日军遭遇类似的损失了。
5月15日，由伊万诺夫海军中校指挥的“阿穆尔”号布雷舰在距旅顺10海里的海域布设了50枚水雷，目的是挡住日军战舰最可能的逼近旅顺进行炮击的航线。日军曾来巡查过这片雷区，并自认为俄军不会在此布雷。然而仅仅两天后，日军的“初濑”号和“八岛”号两艘战列舰依旧触雷沉没，其中前者就如同“彼得罗巴甫洛夫斯克”号那样当场沉没，36名军官和457名水兵死亡。日本人以为遭到了潜艇攻击，胡乱地向水面和“初濑”号的残骸周围开火。而“八岛”号在触雷后虽然失去动力，却勉强浮了一段时间，后在被拖行的过程中沉没。但是日本帝国当天的损失不止如此。防护巡洋舰“吉野”号被装甲巡洋舰“春日”号拦腰撞中，大量海水涌入并导致倾覆，32名军官和303名水手死亡，而“春日”号也受到了严重损坏，不得不拖回基地进行长期维修。因此，5月15日被日本人称为帝国灾难日。而伊万诺夫舰长则被俄国当做战争英雄授予了四级圣乔治勋章和一件刻着“勇气”二字的金质武器。
围困旅顺
到1904年7月底，乃木希典的第三军已拥有6万步兵，配备了208门大炮以及72挺机枪。其下辖4个步兵师，2个后备步兵旅以及一个攻城炮兵场。其兵力已经是旅顺守军的1.5倍，并且仍在不断增强。一个月后，乃木希典麾下已有8万人。7月26日，日军开始攻击关东州山口的俄军阵地。激烈的战斗表明，在强大防御工事与积极防御策略的配合下，旅顺要塞可以长期牵制强大的敌军。在日军进攻的一个多月时间里，其损失达12 000人，而俄军只伤亡了5 300人。然而这只是日军对俄军力量的试探，俄军在最外层防线的激烈抵抗在如潮的日军面前并未取得应有的成效。关东山口战役表明，俄军工程兵的训练没有达到应有的水平。
驻日本陆军总部的英国武官困惑地写道：“自塞瓦斯托波尔围攻战以来，俄罗斯工兵被认为是世界上最熟练的工兵，但这一长处似乎已被俄国人抛弃了。俄国人完全意识到野战防御工事的重要性，并且最大限度地利用了它们，但俄国人对现代防御设施的相关技术发展的理解却十分迟钝……基于此，俄国守军在面对装备了新式远程攻击武器的敌军面前几乎没有招架之力。大多数俄军把他们的战壕建在高高的山脊上，尽管视野很好，但其自身也暴露在敌军的炮火之下。”
在日军到达之前，俄军阵地为即将到来的战斗和炮击而进行了充分的准备。各个永备工事之间散布着散兵坑和铁丝网，在防线的薄弱地区布设了地雷，在主防线后方构筑了数十个备用炮兵连阵地和单个火炮所用的圆形阵地，还为所有的堡垒和部分炮兵阵地都安装了探照灯。在1904年的几个月内，旅顺口要塞防御设施所完成的工程量比1898年至开战前的6年内完成的工程量都大。和平时期旅顺要塞所修筑的工事的主要缺点是离城区和港口过近，许多堡垒和要塞无法用自身的火力对正在逼近的敌军进行近距离射击，侧翼防御也只能依靠步枪和机枪，军队和炮兵也没有足够的道路进行机动。
事后证明，对于此种“赶工”存在着很大的不足。特别是缺少人员隐蔽部。旅顺港防御专著的作者，曾参与要塞建设的科斯坚科曾表示：“我个人曾亲眼见过工程师们建造射击者掩护工事的过程，他们是由一排排薄而宽的拉辛栅栏组成，再用石头围墙按照国际象棋期盼的样式加固。”在这面墙的顶部，在人眼以上的高度有两层两英寸厚的木板，中间则是用于观察和射击的空隙。顶部的木板上有两层沙袋。这样的防御工事可能被一发炮弹直接击毁。此外，炮弹碎片以及子弹若直接穿过射击口，爆炸激起的碎石则比子弹和炮弹更伤人。而对于炮兵阵地，弹药存放点距离火炮本身只有6~8步的距离，这种布置方式对于直面敌人的前线炮兵阵地来说也违背了工程学原则。
围攻开始时旅顺要塞的守备部队包括41 780名士兵与士官，665名军官，256名军事官员及医生。他们分别隶属于9个东西伯利亚步兵团，3个后备步兵营，2个徒步边防连，驻关东州海军人员，第三西伯利亚步兵师指挥部、数百名外贝加尔哥萨克-布里亚特上乌达山团以及其他独立连和分队。此外还有13个平民志愿者组成的单位，一共约2 500人。在上述兵力中，步兵一共有29 960名（士兵和士官），外加402名军官。要塞内炮兵以及各个独立的炮兵旅、炮兵营和炮兵连一共6 149名，另有132名军官，工程兵则有1 114名士兵和24名军官，要塞总部还有4 101名兵士和103名军官。围攻开始时，驻旅顺的太平洋舰队包括6艘装甲舰、5艘巡洋舰、4艘炮艇、2艘布雷巡洋舰以及21艘驱逐舰。舰员数量约为12 000人，在紧急情况下，一些水兵（约8 000人）可以上岸战斗。理论上，要塞的防御应由斯米尔诺夫少将指挥。但事实上，旅顺要塞的最高指挥官是斯特塞尔中将。斯特塞尔在1904年3月被任命为旅顺要塞区指挥官，但到了7月，要塞区已不存在，只剩要塞本身还在俄军手中。
早在6月，斯特塞尔就通过满洲集团军司令得到了库罗帕特金的命令，将指挥权移交给要塞指挥官，赶赴陆军司令部接受新的任命。然而斯特塞尔没有服从命令，而库罗帕特金的另一份命令复制件则错发给了斯米尔洛夫少将。因此在旅顺保卫战中，俄军多次接到来自斯米尔洛夫和斯特塞尔二人自相矛盾的命令，这种双重命令进一步削弱了旅顺的防御能力。基于同样的原因，旅顺港内也有两位炮兵主任，一名是别雷，另一名是尼基金，此外还有两位卫生主任。这些在很大程度上给要塞的管理和指挥造成了混乱，并多次造成了误解，而库罗帕特金司令却未能纠正这一错误。
在旅顺围攻战开始的时候，要塞区共有5座永备堡垒、3座完工的小型要塞、5座专用陆上防御炮台。在堡垒线之前则是野战工事（包括战壕和野战多面堡），分布在大孤山、小孤山、盘龙山、高山、长山，以及角山的高地上。在要塞争夺的过程中，整个旅顺地区意义最重要的地区乃是高山，俄国称之为马拉霍夫岗，这是一座海拔203米的小山丘，从这座高地可以俯瞰整个港口内部。
要塞的陆上防御分为三个战线，东部战线长8千米，指挥官为戈尔巴托夫斯基少将，这条战线包括3座堡垒，1座加固工事以及2座炮台。这条战线后方就是所谓的“中国墙”，为了消除堡垒之前和之间的射击死角，周边还配有防御工事和战壕。北部战线长3.5千米，由谢苗诺夫上校指挥，包括1个堡垒，2个加固工事以及2座炮台。战线上的堡垒坐落在难以接近的高地上，具有非常良好的射界。旅顺要塞陆地防御方面最薄弱的环节是西部战线，由伊尔曼上校指挥，战线长6.7千米，从鸠湾延伸到白狼山，只有1座加固工事和1座炮台。围攻战开始前本应位于此条战线上的Ⅵ号要塞还未开工，这里基本只有野战防御工事。在旅顺围攻战开始时俄军共装备了646门火炮和62挺机枪。其中在陆上永备工事和野战工事中共有514门火炮（包括283门要塞炮、168门海军炮以及63门野战炮）和27挺机枪。海岸方向还有123门火炮和5挺机枪。剩下的9门轻型火炮和10挺机枪则是后备装备。在旅顺还出现了一种新型火炮——迫击炮。这种火炮是由波德戈尔斯基中尉发明的，其使用轻便的发射装置，可以发射小型炮弹（最大射程100米）。这些迫击炮弹主要用于杀伤日军爆破小组，这些工兵一般是在夜间进入战壕抵近俄军阵线。
在俄军的炮兵装备状况上。首先，俄军缺乏重型火炮，大多数火炮不仅老旧而且射程不足，在124门重型火炮中只有39门能远距离压制日军攻城炮，四分之三的陆军火炮是野战炮，他们可以有效地击退敌人进攻，但却无法压制敌方大口径火炮。旅顺要塞炮兵主任别雷少将为了灵活使用要塞内的炮兵火力，将俄军炮兵分为12个部分，变成三个独立的炮兵群。炮兵群的指挥官既可单独地直接听从防线指挥官的指挥，也可听从别雷的统一指挥，这种指挥体系被证明十分有效。
但是，俄军炮兵还面临着弹药不足的困境。虽然要塞内火炮数量不少，但在围攻开始时炮弹储备只有274 558发，平均每门火炮425发。在长期围困的情况下，多次击退敌军会消耗大量的弹药，导致弹药缺乏。此外，要塞内的粮食补给也不够。在围攻开始时，要塞内储备的食品可供支持的天数为：面粉—168天；小米、小麦和玉米—127天；糖—169天；饼干—27天；盐—200天；肉—20天；燕麦、大麦、大豆—155天；干蔬菜—173天。到7月份时，俄军已不得不杀马取肉。若是俄军及时组织近海捕捞和蔬菜种植，或许可以缓解俄军的粮食补给危机，然而这一切并没有发生。再加上水管破裂，前线的饮用水补给也遇到了巨大困难。
通讯也是旅顺守军的一大弱点：要塞指挥部到各堡垒间没有电话线路。本来应该专用的炮兵电话线路也被用来从事其他通讯活动。无线电报站没有得到有效利用。舰队只有6个月的煤炭储备用于舰艇陆上设施的日常使用。日军的间谍则是俄军面对的另一个挑战，由于几乎所有的当地中国居民也被困在战场附近衣食无着，使得日军可以很方便的用少量的钱币或物资利诱当地居民从事情报搜集工作。
旅顺攻防战打响
一般认为，日军对旅顺的围攻始于夺取俄军在昆山的观察点，从这里可以看到大连湾和大连港。特别值得一提的是昆山，其只有1个步兵连和两门66毫米巴兰诺夫斯基火炮（1877年式舰载登陆火炮）的守卫，所有的防御工事都是用山顶遍布的石头堆垒起来的。当日军占领了邻近的山峰并部署了两个山地炮兵连后，对昆山的攻击开始了。邻近的大山上的炮兵曾试图用57毫米火炮支援守军，但这些小口径炮的射程不够，结果是日军步兵团在当天就占领了昆山。
准备夺回昆山的俄军发现这几乎是一项不可能的任务：登顶的日军以最快的速度修建了多道环形工事并在其附近设置了战壕和多面堡。随后，日军又将昆山驻军增加到了7个步兵营。俄军在萨维茨基上校的统一指挥下投入了5个步兵和独立狙击兵连，西伯利亚步兵团的士兵在某些情况下要在400米的距离上开火以躲避敌方射击，密集的机枪和步枪火力使俄军无法发动擅长的刺刀冲锋。
对昆山的反击持续了两天（6月20日和6月21日），俄军损失了700人却未能夺回阵地。此时，新的战线穿越了石头岭等多个山口，直到龙王塘。昆山战役后，旅顺城下归于平静。7月13日，日军再次通过海路获得增援，增加了攻城炮兵的火力，并开始攻击俄军阵地，试图将俄军完全赶入要塞。日军的攻击始于早上6点30分，经过猛烈的炮火准备，日军在中午时分占领了一个山口，随后俄军西伯利亚步兵发起反击，到傍晚夺回了山口。随后日军开始在陆炮和舰炮的支援下进攻青山，夜袭的日军成功地占领了93高地并马上加强防御。俄军旅顺防御司令部决定从青山撤退到附近狼山上的主阵地。在两天的激烈战斗中，日军损失约6 000人，俄军损失约1 500人。
狼山是一座呈半圆形的低矮死火山，距离要塞约7~8千米。日军一侧的狼山较为陡峭，且山下就是连绵的高粱地，且此时的高粱都高达1.5~2米，非常适合日军隐蔽地接近。7月17日凌晨四点，日军重新开始进攻第4东西伯利亚步兵师。三个小时后，日军设法突破了两处俄军阵地。当时俄军师长福克少将还没有在战斗中用尽大部分力量，却下令将部队从狼山撤退到要塞内，并且在晚10点前完成了这一部署。
然而第7东西伯利亚步兵师在孔德拉坚科少将的率领下仍坚守在狼山，日军发起了一轮又一轮进攻，两军在大孤山和小孤山多次发生肉搏战。最终，日军占领了由三个步兵连防守的大孤山并缴获了俄军火炮掉头轰击其他俄军阵地，第7师不得不也撤回要塞。至此，旅顺的俄国守军失去了右翼最后的前沿阵地。在这场战斗中，俄军损失450名士兵和军官，日军则损失了1 280人。负责守卫大孤山和小孤山的3个步兵营的伤亡很大一部分是由日军在当地的36门山炮，8门榴弹炮和24门臼炮造成的。守军的火力与之相比完全不值一提，而要塞又没有提供增援。战事的发展很快表明，失去大孤山和小孤山会使俄军的防御遭受沉重打击。
当辽东半岛上的残存俄军几乎全部撤入要塞后，乃木希典开始指挥部队直接攻击要塞本身。历时几个月的围城战开始了。前沿阵地的失守给旅顺要塞带来了一个巨大的麻烦：日军可以从内陆向被包围的港口进行炮击，攻击港内的舰队，特别是重型臼炮的炮击最为致命。日军的曲射炮火很快取得了命中，一发大口径炮弹直接击中了“皇太子”号装甲舰的舰桥，而“列特维赞”号则先后被7发炮弹击中，造成的创口使该舰进水约500吨。在这种情况下，俄舰队只得寄希望于日军的炮击不够精确。因为后者没有能够直接观察港内弹着点的观察哨，只能盲目地开火。
7月28日，部分俄舰队试图逃离旅顺，爆发了黄海海战。18艘俄舰中的9艘不得不返回旅顺，另有8艘进入中立国港口而被解除武装直至战争结束。“诺维克”号防护巡洋舰则试图突破封锁前往海参崴，但在途中被日舰“对马”号打成重伤，在萨哈林岛南部附近触礁沉没。黄海海战结束后，旅顺港内残存的分舰队开始解除武装，中小口径火炮被拆卸上岸，火炮被加强给地面部队用于强化陆上前线，海岸炮台的火炮则被补充到战列舰和巡洋舰上。
7月31日晚上20点30分，乃木希典的第三军对旅顺要塞发动了第一轮攻击。之前，日军动用了400门火炮（其中包括198门攻城炮）进行了炮火准备。日军的主攻方向直指西部战线，并在经历了惨重伤亡后占领了三头山，此时日军第三军的进攻热情已开始消退。8月3日，乃木希典和日联合舰队司令东乡平八郎共同向旅顺守军发出了劝降书，俄军的答复是：“该建议无法被将要塞视作荣誉和尊严的俄罗斯军队所接受，也不符合要塞目前的状况，不值得讨论。”对要塞的进攻还在继续，日军现在的目标是由4个西伯利亚步兵连守卫的角山。日本步兵团在先后得到了4个后备步兵营和5个后备步兵连的增援后才占领了目标。角山的俄国守军被迫撤退到临近的高山，日军曾设法控制了附近的堡垒半岛，但被西伯利亚步兵击退。
北部战线的日军虽未取得什么进展，但战况依旧十分激烈，尤其是在水龙头和库米尔涅夫斯基堡垒附近。日军一次又一次地扛旗冲锋，但每次都被机枪扫回战壕。当俄军边防连赶到增援时，要塞指挥官基里连科大尉带领残存的40名守军和边防连一起发动了刺刀冲锋消灭了已攻入战壕的日军。在日军直击要塞的第一天，7个由俄太平洋分舰队海军人员组成的连奉命登陆支援，其中“佩列斯韦特”号出动了215人，“胜利”号222人，“波尔塔瓦”号200人，“塞瓦斯托波尔”号182人，“列特维赞”号207人，“帕拉达”号116人，共21名军官和2 246名水兵。到了第一轮攻击的第四天，日军依旧没能取得多少进展。激烈的战斗主要集中在长山和师山上。在当地战斗的登岸水兵将日军从三个已被炮火击毁的堡垒中逐出。
日军对长山的攻击是一场漫长的战斗（整个步兵旅都在进攻这一高地），但结果却没有成功。后来，在第三军司令部的命令下，日军在山顶上立起一根柱子，上面用俄语写着：手塚信三大佐因为没能守住战壕而被枪决，因此人面对俄军火力时选择逃跑而导致我军失败。第三军对旅顺的低效攻击导致其第8预备步兵团发生了叛乱，拒绝服从进攻命令。随后，乃木希典命令其他部队包围该团，并“帮助”其进攻。在督战队的威胁下，该预备步兵团发起了进攻。第二天，团内的幸存者被带到后方进行报复，叛乱的煽动者被枪决，团本身也被解散，所属士兵被充实到其他部队。第三军对于旅顺持续五天的第一轮进攻本质上是失败的，其损失了约15 000人（部分资料认为损失了20 000人），占总编制的三分之一。尽管付出了巨大代价，但日军只占领了要塞东部和西部的部分地区（1号和2号多面堡）。第三军的一些步兵团实际上已经不复存在，原本2 500人的第7步兵团，只剩下6名军官和208名士兵；第35步兵团只剩240人，第6步兵旅则从5 000人减员到400人。如此惨重的伤亡，不仅使日军损失大量兵力，战斗意志也遭动摇。
旅顺的俄军也付出了高昂的代价，斯特塞尔中将在向满洲集团军司令汇报时称：“日本人遭受了巨大的打击，我们也有69名军官和3 466名士兵和军士（士兵和军士的原文是下级人员）因伤减员，阵亡的人数也很多，但目前还没有准确的统计结果。医院内共有132名军官和5 661名士兵和军士（但这之中有参与先前战斗而负伤的伤员——编者注）。野战炮平均每门还有150发弹药，要塞炮大部分都损坏了，需要援军支援。我手上还有第4师的5个团，共9 419名士兵和军士以及145名军官，第7师还有11 169名士兵和军士以及150名军官。8名将官中，拉兹纳托夫斯基已阵亡，纳杰因受到震荡伤害，戈尔巴托夫斯基则扭伤了自己的脚。在团级指挥官中，第13团团长马切别利阵亡，第14团的萨维茨基上校和第15团的格里亚兹诺夫上校受伤……成千上万的日军尸体躺在我们面前……”在受到挫折后，乃木希典下令实施工程作业，以期“正确”地包围要塞。超过两千名日本工兵在不少于上千日军步兵的掩护下开始进行土工挖掘。日军开始缓慢但是无法阻挡地向要塞前进。日军修筑了大量的掩护壕沟进军坡道。前者可使士兵在弯腰状态下躲避俄军火力，后者则可以在进攻前集结部队。
要塞地面防御司令孔德拉坚科下令炮击日军工兵，但日军在夜间作业，且常有雾气和露水的掩护。到1904年9月初，日军已进抵距小庙多面堡不到100步，距Ⅱ号堡垒不到400步的地方，预示着新一轮对旅顺的攻击即将开始。从日本本土调来的280毫米攻城榴弹炮的到来，本质上决定了俄军要塞的命运。这种榴弹炮中1 357千克，炮弹也重达227千克。为了增援攻城炮军，东乡平八郎也将联合舰队的一些舰炮拆解上岸。除了工兵，第三军还得到了1.6万名士兵和军官的补充。
日军对旅顺的第二轮攻击于9月6日开始，日本炮兵对要塞东部和北部的阵地进行了大规模轰炸。其中对于小庙和水龙头多面堡的炮击集中了40门攻城炮和84门野炮或山炮。炮击持续了6个小时，落下了约1 000发炮弹，当地只剩下破碎的石块和弯曲的木料。两门防御火炮和机枪被炸毁，电话线被炸断，驻军伤亡惨重。与此同时，三个日军步兵营携带着4门野战炮和24挺机枪集中在附近的坡道中，准备进攻多面堡，猛烈的炮火还压制了负责掩护多面堡的第26东西伯利亚步兵团第11连，使其无法阻止日军接近。到下午4点，炮击停止，日军步兵开始进攻，当援军（4个步兵连和1支边防分队）抵达时，守军只剩30人，日军随即被刺刀反击击退。
日军第9步兵师全力进攻多面堡。到第二天早上，在已化为废墟的阵地上只剩11名疲惫不堪的俄军幸存，率领他们的是旅顺要塞边防主任布图索夫，此人后来获得四级圣格奥尔基勋章。前来视察的孔德拉坚科少将认为继续固守多面堡只会进一步增加不必要的人员伤亡，于是下令在凌晨5点撤离该阵地。基于同样的原因，相邻的西伯利亚步兵们也放弃了岩石多面堡以及其和水龙头多面堡间的战壕。日本人也占领了附近的小庙多面堡，当时此地的俄国守军只剩约60人，由杜宁和奥库涅夫中尉率领，日军突进到多面堡下用手榴弹击败了俄军。水龙头多面堡和小庙多面堡是野战堡垒，也是防线上的重要支撑点。这两座多面堡遭到了由128门火炮支援的整个步兵旅所发起的来自三个方向的攻击，并在防御中击毙了约1 500名日军。
伴随着两座多面堡的争夺，围绕高山和长山的战斗也趋于白热化。对于要塞守军来说，这两座山是他们手中最后的高地，具有重要意义。这两座小山岩石裸露，难以修建工事，山上只有两道没有护板加固的战壕以及铁丝网。山上的守军包括3个西伯利亚步兵连和一个水兵连，装备有4挺机枪和7门火炮。由于阵地裸露，他们成了日本炮兵的理想目标。两座山共遭到了68门野战火炮和30门攻城炮的集中轰击，此外还有阵地设在狼山的5个海军远程炮连的支援。第一轮进攻于9月6日开始，第二天日军便攻陷了长山。9月7日下午16点左右，日本步兵蜂拥冲上山顶，而此时最后的俄国守军仅仅是从相邻的平山准备撤进要塞的谢德利尼茨基中尉及其麾下的46名水兵。由于日军在侧面的马鞍山和“死头”高地架设火炮，使之可以直接向俄国战壕轴向方向射击，俄军很快失守。
日军对高山的进攻则并不顺利，日军反复冲击，日本炮舰也驶入鸠湾开炮轰击。但当日军自以为胜利在望时，俄军再次用刺刀把日本人赶了下去。到了9月9日夜，乃木希典亲自指挥对高山的进攻，并投入了最后一支约3个步兵营的预备部队。然而，几乎所有的日军预备队都被俄军炮火消灭。事情是这样的：在傍晚17时左右，一个由亚申斯基上尉率领的速射炮排将火炮伪装成干草车，在事先没有被敌人察觉的情况下溜过一片开阔地并摸到距离日军4千米地方突然开火，而日军由于面对着一道高地而存在火力死角无法反击。在炮击的头5分钟里俄军炮排发射了51发炮弹，密集的炮弹击溃了日军。
在第二次对旅顺的攻击中，俄国守军损失1 500人，而日军则以伤亡7 500人为代价占领了水龙头、小庙两座多面堡以及长山。然而在两天的战斗中，日军未能突破其他防线。对于双方来说，损失最大的是争夺高山。日军单单在这里就损失了约6 000人，三个步兵团只剩300人，旅长大和少将被击毙。有日本文献称，在23个参战步兵连中，战后仍能重组的只有2个。而在俄国守军方面，256人阵亡，947人受伤。第5东西伯利亚步兵团第2连在3天的作战后只剩37人，第4连只剩19人，而第28团1连只剩23人，而这些伤亡是无法得到补充的。
困兽犹斗
由于预计到日军在经过喘息后发起新的袭击，驻防旅顺要塞的俄国守军开始进行大规模工程作业以加强高山和平山方面的防线。仅在8月到9月间，俄国水兵们建造了38座新炮台和23个探照灯塔。从战舰上拆下了225门火炮（小口径为主），它们弥补了陆军原有的加农炮的损失。俄军也开始制造手榴弹，很适合居高临下击退敌人的进攻。这些手榴弹是用小口径炮弹外壳制成的，内部填充干火棉并使用导火索引爆。不过因为其重量过大（重约2千克），其只能被掷出20~25步，因此仅限于运用在近距离的战斗上。
与此同时，日军攻城炮兵继续有条不紊地炮击要塞和港口。不断有防御工事被击中，被直接命中的工事被破坏力巨大的弹丸贯穿混凝土拱顶或石墙。围城战仍在继续，日本工兵夜以继日地进行土工作业，不断逼近要塞防线（特别是III号堡垒和3号小型要塞）。大量的隐蔽战壕、进军坡道、战壕和交通壕被挖掘出来，挖掘人员不断轮换以保证进度。日军工兵成功地接近了III号堡垒，他们开始为步兵的进军准备通道，但令日军惊讶的是，他们在夜间准备好的用于填平壕沟的干草和泥土在第二天白天就会消失得无影无踪，这是堡垒守军通过一条日军并不知晓的地道搬运走的。
日军打算对俄军最强大的II号堡垒进行爆破，日本工兵耗费了大量精力在一条通向堡垒下方的地道中掘进。但堡垒内的俄军根据听到的日军的挖掘声，挖掘了一条反向地道靠近日军挖掘队，当日军的挖掘声音越来越清晰，两条地道即将相交时，俄军引爆了反向地道中的炸药，炸毁了日军地道。
到了11月底，被围困的要塞守军开始面对食物供应不足的困境，尤其是缺少鲜肉和腌肉。每周只发放两次马肉，每人每次3磅，虽然还有一定数量的马匹，但剩下的马依旧需要为前线运输服务。面包的数量倒是足够，每人每天可得到3磅面包，此外烟草也开始缺乏。要塞内的卫生条件也十分恶劣，坏血病、斑疹伤寒、痢疾以及其他疾病开始肆虐，野战医院和军营医务室挤满了病人和伤员。在整个10月份，共有87名军官和3407名士兵和士官因战斗而减员，然而又有51名军官和2432名士兵因疾病减员。在部分时间段内，被疾病所击倒的俄军比死于炮弹和子弹的俄军还多。
日军对要塞的第三次进攻于10月21日开始，这一天也是明治天皇的生日。日军士兵们深知此日期的特殊性，但是乃木希典对进攻的前景却不抱太大幻想，他只计划占领东部前线的几个堡垒。而自此之前的10月13日上午开始，日军对旅顺口进行了为期3天的炮击。在此之前，要塞从未受到攻城炮火如此大的破坏，特别是II号堡垒附近受损最为严重。旅顺守军最多只有1.8万人，许多西伯利亚步兵连中只剩不到50名士兵，其他的士兵和民兵都已战死。在炮击的最后一天，日军发射了2万多发炮弹，其中约1800发是最大的280毫米炮弹。炮击结束后，日军在中午12点下令发动第三次进攻。
日本步兵分为5个突击纵队，另有2个纵队作为预备队。俄军则用所有武器开火还击。停泊在港内的装甲舰和巡洋舰也使用大口径炮进行支援射击。但是日军这一次仍成功地接近了要塞，以至于许多地方发生了肉搏战。日军成功地冲入了B炮台附近的战壕，俄军损失惨重。就在防线岌岌可危之时，由水兵组成的俄军增援赶到，其中包括来自“佩列斯韦特”号装甲舰的1个排，“波尔塔瓦”号装甲舰上的2个排以及来自“阿穆尔”号布雷舰的半个连，俄国水兵们用手榴弹和刺刀将日军赶出了战壕。相似的战况也出现在库罗帕特金堡附近，224名俄军用6门小口径火炮和2挺机关枪守卫着这个堡垒，但在日军进攻前的炮击中，3门火炮和2挺机枪被击毁，一半的人丧生，围绕争夺堡垒的肉搏战一直持续到凌晨2点，随后日军奉命撤退。
III号堡垒也遭遇日军重兵围攻，但俄军在堡垒指挥官布尔加科夫大尉的指挥下击退了4个日本纵队的突击。而日军的主要伤亡则来自于对II号堡垒的攻击。日军工兵对堡垒防护壕进行了爆破，随后发起的四次冲锋中，有三次日军都冲入了战壕，但每次都被俄军用刺刀击退，其中由海军中校巴赫梅季耶夫指挥的水兵表现尤为突出。当日军被近距离射击和手榴弹击退后，其被迫撤离前线。但一列日军又误入了一片雷区，几乎全部阵亡。
在第三次攻击中，主要的战斗围绕着高山。如果日军占领了此处并在山顶上架设重型火炮，这将会在几天内居高临下地决定幸存太平洋分舰队的命运。此处的俄国守军来自不同步兵团的5个步兵连组成，在9月的那场战斗后的两个月间，此处的防御得到了极大的加强。在其中的一个山顶上，俄军修建了一座特殊的堡垒，周围有深度超过2米的护城壕，另一座山顶上则修建了装备有152毫米海军炮的炮台并配有护壕，山脚下也设置了铁丝网。防守高山的重要意义在于其屏护着平山、假山（右翼）和师山（左翼）。平山上有8个连的守军，也建造有4号多面堡，由于其修筑在石质山顶上，因此也被称作采石场堡垒，但是另外两座山上只修筑有战壕。这三座山的防线的严重缺陷是山坡上存在许多射击死角，进攻者可以在此处躲避俄军火力并调动部队集中攻击一处，因此高山的屏护就显得尤为重要。
11月14日，日本人成功地将他们的战壕掘进到距俄军阵地150~200步的地方，在当天黎明，这座山遭到猛烈炮击，附近的平山也遭到轰击，约800发280毫米炮弹，300发152毫米炮弹和超过1000发其他口径的炮弹落在了高山山顶。俄军阵地中22个隐蔽部被击毁，护沟和战壕也被夷平，随后两座山都遭到了一系列进攻。到了晚上21点，俄军成功地击退了日军。第二天早上5点，日军又开始了一轮炮击，从旅顺港内观察，高山似乎已经变成了一座火山，日军只投入280毫米炮进行轰击，到早上8点，俄军在夜间重建的防御工事又被摧毁，整个山顶几乎被夷为平地，还存活的守军数量明显减少。8点15分，高山遭到猛烈攻击，刚刚抵达的关东第7基干师参加了这次攻击。当时在场的英国《每日邮报》的记者写道：“对日军来说，最大的障碍是铁丝网。日本人用铁钳剪、手撕，甚至牙咬的方式弄断铁丝网，拔出固定铁丝网的木桩或将其拉倒。”
对俄军阵地的攻击力度并没有减弱，在战斗中日军更换了四次指挥官。日军渐渐地接近了俄军的战壕。由斋藤将军率领的8 000名步兵突破了高山和平山之间的山谷，其规模已远远超过了俄国守军。到下午3点，前线防御负责人孔德拉坚科少将已下达明确命令，除非遭受严重伤亡，高山及其他阵地上赶来增援的守军不得撤退。到下午4点，山上的俄军军官几乎全部阵亡，大部分士兵也战死了，弹药也已告罄。日军感觉到了俄军火力明显减弱，就加大了进攻的力度。傍晚时分，日军攻占了山顶，但无法继续推进，由“巴扬”号装甲巡洋舰的水兵所组成的后备兵力挡住了日军。
夜幕降临时，孔德拉坚科少将试图发起反击夺回山顶。他已经集结了最后的预备队——两个西伯利亚步兵连和两个水兵连，但为时已晚：日军将炮兵运上山顶加强了防御。虽然俄军也发扬了猛烈的火力，但到了第二天天明，俄军还是被迫撤离了高山和平山的接近地。血腥的高山战役是第三轮旅顺攻城战的高潮，日第三军在占领高山和平山的战斗中损失了多达12000名士兵和军官。俄军也损失惨重，4500人丧生，其中包括1404名上岸水兵。由于惨重的损失，许多连和分队不得不撤到后方休整。在激烈抵抗的第5东西伯利亚步兵团中，在前几轮战斗中幸存的23名军官又折损了14名，26名准尉中损失了17名，1805名士兵中损失了1251名，至此该团现有的兵力已不足一个步兵营，旅顺要塞防御战中俄军失去高山的意义相当于塞瓦斯托波尔要塞防御战中失去马拉霍夫岗。
占领可以俯瞰旅顺港的高山后，日军立即开始对剩余的俄军军舰展开精确炮击。第一个中彩的是“波尔塔瓦”号装甲舰。随后“列特维赞”号、“胜利”号、“佩列斯韦特”号、“帕拉达”号以及“巴扬”号接连中弹坐沉，布雷舰“阿穆尔”号重伤。到11月25日黄昏，太平洋第1分舰队序列中仅有“塞瓦斯托波尔”号装甲舰、“勇敢”号炮舰、7艘驱逐舰和“大力士”号拖船仍浮在水上。11月26日夜，在艾森海军上校的指挥下，“塞瓦斯托波尔”号从港内转移到港外锚地并在黎明时锚泊于白狼湾，此时“勇敢”号炮舰已在此等候。该海湾并未遭到日军炮击。
第二天，敌军攻城炮兵在阴暗的天气下向内港的锚地发射了大约300发炮弹，针对高口东湾的炮击到中午就停止了，因为随着能见度的提升，日军已清楚地看到曾经强大的俄太平洋舰队几乎已灰飞烟灭。
第三军司令乃木希典在俄国舰队已不再作为一个战斗单位而存在后决定不再直接进攻要塞本身，进攻方的惨重损失实在是让人触目惊心。日军转而计划用炮火摧毁要塞或通过包围困死守军。此时俄国守军的大口径炮弹已经耗尽，无法对日军炮火进行反击。几天之后，要塞就遭受了不可弥补的损失——在II号堡垒中指挥的要塞陆地防御司令孔德拉坚科少将被直接穿透堡垒混凝土顶盖的280毫米炮弹炸死，他的阵亡对俄国守军的打击几乎可与马卡罗夫海军中将的死相提并论。
关东州司令斯特塞尔中将任命福克少将为新的陆地防御司令，第二天他就下令减少驻II号堡垒中的兵力。原本的275名守军中只剩77人，这一命令实际上解除了一个主要塞的武装。12月5日下午，日军引爆了堡垒护沟附近埋设的爆炸物，随即向堡垒内部发起了猛烈的火力急袭，炮击结束后日军步兵立即发起了冲击。俄国守军一直坚持到晚上11点，当幸存人数仅剩21人的时候，俄军放弃了堡垒，撤退到附近的库罗巴金眼镜堡。在撤退之前，俄军拆下了火炮炮闩并对堡垒进行了爆破。
日军完成了对II号堡垒的占领。此后，乃木希典及其他日军将领认识到，要想攻克俄军的坚固工事必须通过对护沟进行爆破随后再进攻的方式完成。随后，日军将进攻矛头指向了III号堡垒和3号工事。他们的相似之处在于都靠近“中国墙”、库罗帕特金堡和Б炮台。日军炮兵有条不紊地向要塞，堡垒和城市开火，但已不再向港口射击，因为己方部队已经逼近港口海岸。
10天之后，日军对III号堡垒进行了同样的爆破。日军在地道内埋设了12发大口径炮弹（超过6吨炸药），对护沟的爆破造成了两个直径10~12米的巨大弹坑，许多掩体、兵营和掩蔽部倒塌。240名守军中大部分被震死或随后被毒烟呛死。日军随后一次冲锋就突破了堡垒的防御，然而俄军增援部队（一个步兵连和由“塞瓦斯托波尔”号装甲舰的水手组成的半个水兵连）赶到，阻止了已伤亡一千余人的日军占领整个堡垒。当晚，在斯特塞尔的命令下，俄军残存人员撤离了堡垒，一并带走伤员和拆下的炮闩。
在占领了II号和III号堡垒后，日军攻击部队已深入俄军要塞防线，俄军的防御体系实际上已遭割裂，但守军仍在抵抗。然而斯特塞尔中将打算投降，但在召开的军事委员会会议上，参会的22人中有19人表示反对，只有斯捷谢利、福克和关东州要塞区参谋长鲁伊施上校表示赞同。
12月13日，日军再次如法炮制对3号要塞进行爆破，但没有成功。日军工兵于是开挖了新的爆破地道并于12月18日再次进行了两次爆破。其中，第二次爆破几乎瞬间炸毁了所有的防御工事的指挥人员，随后日军步兵占领了要塞，期间只遭遇了轻微抵抗。日军随后在高地上部署野战炮，从侧翼向土岗和中国墙开火。
1904年12月19日，旅顺守军已坚持156天，日军则在东部战线上全面进攻并开始猛烈攻击大鹰巢山。在加利茨基大尉的领导下，俄国守军击退了这次攻击，但70名守军中64人阵亡。此后，戈尔巴托夫斯基将他手里最后一个水兵连派遣到此高地。随着增援部队的到来，俄军可以击退更多日军，但日军再次开始炮击，一发280毫米炮弹精确命中了高地上的手榴弹存放点，而手榴弹是俄军居高临下击退日军的主要武器。此后不久，日军就攻上了山顶，残存的俄军转移到邻近的米特罗法耶夫山。12月20日晚，在福克少将的命令下，俄军放弃了小鹰巢山、库罗帕特金堡、Б炮台和扎里杰尔炮台。俄军在东部战线岌岌可危的情况下放弃重要据点后来被证明是错误的。不过俄国守军并没有意识到，就在前一天下午5点，他们的指挥官斯特塞尔中将已经私自派出了手下的一名参谋军官前往日军前哨基地提议投降，这位姓马尔琴科的停战特使马上就被带到了第三军指挥部面见乃木希典。在谈判进行的过程中，太平洋舰队最后的舰只“塞瓦斯托波尔”号自沉，弹药仓库被摧毁，黄金山燃起了熊熊大火，驱逐舰则冲出港口开到邻近的中立港口解除武装。
投降的条件是，所有的守军都成为俘虏，他们必须被运往日本列岛度过战争的剩余时间。陆军和海军的将官和高级军官们可以保留他们的私人武器。所有的堡垒、防御工事、武器、弹药、现金和其他军事资产都应在签署投降协议时移交给日军。旅顺要塞的抵抗在第329天终于结束，司令官下令要塞投降，这引起了部分守军的公开反对。而这首先体现在下级军官和士兵的军纪几乎瞬间荡然无存。一名要塞守军这样回忆“和平降临的第一天”：“城里所有的政府机关都关门了，日本人成群结队地在城内走来走去。在我们的士兵在白天开始酗酒，随后是各种暴力行径，夜间的暴行更加可怕。晚上骑马经过新城区时，可以听到各种各样的尖叫声和枪声。就在昨晚，我们的士兵自己烧毁了第10东西伯利亚步兵团的兵营，白天，士兵和水手们摧毁了'新边疆’印刷厂和花了5年时间才建立起来的新报纸仓库。丘林的商店遭到了最暴力的抢劫，散落的物品满大街都是……所有的这些暴行使得日本人马上命令我们撤出要塞……”在投降当天，要塞内的俄国守军还有约32400人，其中5809人受伤或病重。要塞内还有2994匹马，610门尚可使用的火炮（包括287门海军炮），9挺机枪，207855发不同口径的炮弹（缺乏的只是大口径炮弹）。而按照日军的说法，他们在旅顺只缴获了357门可用火炮和133799发炮弹。其余的火炮在移交前就被俄军摧毁：或被扔入海中，或被埋入地下，或被扔进山涧，有的则直接被爆破。
在投降时，俄军的粮食储备尚未耗尽。据记载，当时俄军还有约5万普特（约合81.9吨）的面粉，足够支持27天，其他物资所能支撑的时间为：米23天，茶196天，糖140天，饼干21天，干蔬菜88天，盐175天，燕麦、大麦和豆类34天，此外还有近3000匹马可供宰杀，据此推算，俄军还可坚守4~6周。在投降的那天，俄军仍占据着要塞的大部分。在59个防御支撑点（堡垒、要塞、炮台、多面堡等）中，日军仅攻占了不到20个，其他防御工事的驻军仍保留着防御能力。
日军未能在战斗中完全击败要塞守军，因此占领旅顺并没有给日本人带来多大光荣，乃木希典旅顺投降后给寺内正毅的信中写道：“我现在唯一的感觉是羞耻和痛苦，我不得不花那么多的生命、物资和时间来完成一项不完整的事业。”
斯特塞尔将军后被日军释放并保留了自己的个人财产，毕竟日军要“感谢”他的投降。1905年2月16日，他安全返回了圣彼得堡并在第二天参加了沙皇的接风宴会。尼古拉二世在日记中写道：“旅顺港的英雄归来了，我们与其共同进餐，他们一直在讨论围攻战的细节……”
日本人认为围攻和占领旅顺是现代战争史上无与伦比的战斗，研究日俄战争历史的历史学家大江忍认为：旅顺战役是日俄战争中最重要的战役之一。要塞是用现代化设备加固的永备工事。1877年，俄罗斯军队曾在俄土战争中包围了普里弗纳，这是日俄战争之前大规模要塞围攻战的一个例子。但是该要塞以临时工事为主，而不是永备工事。在1870~1871年的普法战争中，普军曾在梅茨和巴黎打了两次大规模围攻战，但在战斗中普军除了构建包围圈还要分兵阻挡法国援军。单纯围绕永备要塞的进攻和防御战斗的例子是塞瓦斯托波尔围攻战，比旅顺战役早50年。但在塞瓦斯托波尔战役中，俄军始终可以派遣援军支援要塞，而英法意土联军（当时意大利尚未统一，实际上是撒丁王国）无法封闭包围圈。而旅顺战役是第一次发生在一个封闭的包围圈内，“对抗一个巨大的现代堡垒，具有坚固混凝土永备工事的要塞和强大的要塞炮火。”
旅顺守军投降的消息在俄国引发了广泛的愤怒。曾参与塞瓦斯托波尔战役的伟大作家托尔斯泰就公开表示：“旅顺的投降令我痛心……我自己也曾是军人，在我们那个时代，是不可能投降的，每个人都愿意宁死不屈……在我们那个时代，在仍有物资的情况下近4万军队的投降是一种耻辱，是不可能的。”
因此在日俄战争结束后，应公众要求，斯特塞尔中将、福克少将、斯米尔诺夫少将和雷耶斯上校因为主张投降而受到军事法庭审判。检察官要求判处斯捷谢利死刑，法庭也同意了指控，但尼古拉二世干预了审判结果，要求改为10年监禁。在彼得罗巴甫洛夫斯克堡垒里，斯捷谢利只服刑6个月就按照沙皇的“最高命令”而重获自由。
1904年至1905年的日俄战争期间，旅顺的防御在战略上对俄国有着尤为重要的战略意义。在很长一段时间里，日本集中了大量的陆军和几乎全部的海军来围困要塞，并耗费了大量的战斗物资。日军在围攻旅顺的过程中共累积损失超过11万人（包括1万名军官）和15艘军舰，另有16艘军舰受损。而在整个日俄战争中日军的总损失才27万人（阵亡约86000人），也就是说对旅顺的围攻造成了日军约40%的损失。在要塞投降前，仅第三军就有约97000名日军，因此有人认为整个关东州的日军达到了20万人。日本海军在海战中损失了约5000名水手和军官，其中约2000人死亡，其中最大的单次损失是初濑号战列舰触雷沉没，造成了492人死亡。
在漫长的围攻战中，俄军的损失也十分巨大。1904年5月初，要塞内有41938名军人（不包括太平洋舰队的水兵），而5月至12月期间的围攻造成了9578名士兵和军官伤亡。这一数字来自于对斯特塞尔的起诉书。另据第三西伯利亚军的首席军医说，旅顺要塞守军的死亡人数达到12657人，其中5393人当场阵亡，2433人死于伤口感染，1508人死于疾病，1097人失踪，40人死在投降后前往战俘营的路上，350人死在战俘营内。
俄海军的伤亡也尤为严重。在太平洋舰队的水兵和海军步兵的11028名军人中，共有7744人伤亡，伤亡率达到了70%。其中2939名水兵死亡（包括海参崴要塞和海参崴分舰队的损失），仅在11月的战斗中，登岸战斗的海军中就有9名军官362名水兵阵亡，13名军官和1020名水兵受伤。在海战中的死亡人数为1121人，其中旅顺分舰队的旗舰“彼得罗巴甫洛夫斯克”号装甲舰和海参崴分舰队的“留里克”号的伤亡最为惨重。
英国战地记者埃利斯巴特利特在日本第三军司令部目睹了对旅顺围攻和要塞抵抗的整个过程，他在《旅顺围攻与投降》一书中写道：“对旅顺的围攻从头到尾都是由日本大炮的轰击所演奏的悲剧。”俄国守军的命运也是悲惨的，但在俄国军事史上旅顺守军也可算作坚定、勇敢和顽强的典范。
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