В первые четыре дня наступления японцы почти не оказывали сопротивления, потому что их основные армейские формирования находились далеко сзади, и к субботе 9 октября Штакельберг занял Бяньяпуцзы, точку на севере Яньтайских угольных копей, которые являлись командными высотами над сетью дорог между Фушунем, Мукденом и Ляояном. 1-я армия генерала Куроки оказалась в сильном затруднении, потому что казаки перешли Тайцзыхэ и перерезали его коммуникации с тылом. На следующий день маршал Ояма усилил 1-ю армию, японская кавалерия отбросила казаков назад и восстановила сообщение с тылом. Куроки удержался, хотя русские войска волнами накатывали на его позиции. Русские потери в этом секторе фронта оценивались в 20 000 человек. На двух других участках фронта японцы контратаковали, и русское наступление перешло в оборонительные бои. Тут же 2-я и 4-я японские армии двинулись вперед, чтобы отрезать русских от железной дороги. Это могло стать для русских катастрофой. В течение недели исход боев был под вопросом. Все решилось, когда обе армии, сражаясь до изнеможения, закончили бой на десять миль южнее Мукдена.

Между 9 и 17 октября фронт растянулся на двадцать миль. Около двух тысяч полевых орудий было задействовано с обеих сторон. 13 октября русское отступление стало очевидным, включая силы Штакельберга. На участке 2-й армии генерала Оку солдаты захватили двадцать пять полевых орудий. Русским было важно суметь задержаться здесь, чтобы отход не стал разгромом, потому что войска Штакельберга, наступавшие в южном направлении против 1-й армии генерала Куроки, были оставлены незащищенными с обеих сторон. Если японцы смогут прорваться сквозь линию русских справа, они сумеют окружить Штакельберга, уничтожить его армию, и тогда Маньчжурская армия генерала Куропаткина будет разбита. В этот критический момент генералу Бильдерлингу было поручено изменить ход сражения, ему было дано тридцать шесть часов. Русские стояли твердо, центр и левый фланг русских сил были спасены. 14 октября дождь замедлил действия, хотя они продолжались даже под дождем. 16 октября на одной позиции, называемой сопка Одинокого Дерева (Путиловская сопка), русские атаковали семь раз и каждый раз были отбиты.

С русской стороны в сражении участвовали силы 5-го, 19-го и 20-го Западносибирских стрелковых полков. С японской стороны участвовали части 41-го, 40-го, 20-го и 39-го полков.

Полковник Сущевский вел 19-й Западносибирский полк через Шахэ, которая была в этом месте шириной около пятидесяти футов и глубиной от одного до двух футов. Ряд деревьев на правом берегу давал небольшое прикрытие, так что японский огонь вначале не был разящим. Когда русские подошли, японцы прекратили огонь. Одна из выдающихся шпорой японских позиций была очищена практически без огня. Но когда русские подошли на расстояние в четыре сотни ярдов к окопам, японские защитники встретили их оглушительным ружейным огнем. 19-й Западносибирский полк стремительно бросился вперед в штыковую атаку, и через несколько мгновений солдаты были в японских окопах, сражаясь врукопашную. Среди достигших окопов первым был молодой офицер, лейтенант Александр, который погиб мученической смертью, заколотый японскими штыками. Бой был таким яростным, как никогда в этой войне.

Вскоре 20-й Западносибирский полк окружил японский левый фланг. Русские стреляли по японским окопам с двух сторон. 20-й полк был разбит и почти весь уничтожен. 2-й батальон 19-го Сибирского полка шел на японские орудия в штыковую атаку. Около одного орудия стоял японский офицер, который не стал сдаваться и бросился на дуло своего орудия, чтобы получить в грудь последний снаряд, выпущенный его расчетом.

Теперь 18-й японский полк бросил все силы на атакующих русских, и солдаты в синем падали под напором солдат в сером, как гаоляновые стебли под косой косца. За несколько мгновений японцы были выбиты из окопов, а девять полевых пушек и пять горных орудий были захвачены русскими в дополнение к отбитым у врага двум русским орудиям, которые японцы захватили у русских накануне. Но японцы продолжали удерживать сопку Одинокого Дерева (Путиловскую сопку). Если бы они не удержали ее, пути отхода для всего этого сегмента японской армии были бы отрезаны.

Когда в одиннадцать часов вечера генерал Путилов, командовавший Западносибирским полком, узнал, что японцы продолжают удерживать сопку, он организовал новую атаку различными частями дезорганизованного полка, который сильно пострадал в дневном бою. Они пошли вперед и в пять утра 17 октября взяли сопку. Здесь они нашли тело одного из своих офицеров. Это означало, что отдельные части их полка уже захватывали вершину раньше, но не смогли устоять под яростным огнем оборонявшихся японцев.

В этом бою на небольшом участке фронта за несколько часов полегло три тысячи русских и более тысячи японцев было убито, ранено или взято в плен. Это был один из самый кровопролитных боев в войне и одна из вершин русской военной доблести.

Маршал Ояма был очень доволен результатами сражения. В понедельник 17 октября стало очевидно, что русское наступление не получилось и что русские не смогут предпринимать дальнейших усилий по освобождению Порт-Артура с суши в ближайшем будущем. Русские начали отходить в тот же день. Японцы также отошли с занимаемых позиций. Обе стороны понимали, что силы истощены. Последняя стычка была на сопке Пагоды, удерживаемой русскими, которые вклинились в японские позиции. Русские были отброшены назад потому, что не получили подкрепления. Но это был уже конец сражения при Шахэ. Японцы снова победили. Русские не смогли сделать того, что они должны были сделать. Потери в сражении показывают, как обычно, большое число атакующих войск: 20 000 японцев были убиты и ранены и 41 000 русских была убита и ранена.

С самого начала — даже еще до начала войны — генерал Куропаткин говорил о необходимости подготовки к войне и проведении охранительных мероприятий на Дальнем Востоке, и все время ему противодействовал наместник адмирал Алексеев. Летом 1904 года правительство в Санкт-Петербурге создало 2-ю Маньчжурскую армию, которая была поставлена под отдельное командование. Это стало результатом интриг наместника против Куропаткина. Теперь, когда все планы Алексеева потерпели крах, он был освобожден от должности и отозван в Петербург. Идея 2-й Маньчжурской армии была отброшена за ненадобностью, и генерал Куропаткин был назначен верховным главнокомандующим русских войск на Дальнем Востоке.

Так или иначе, но русские войска потерпели поражение, пытаясь прорваться через объединенные силы маршала Оямы. Однако высшему японскому командованию стало очевидно, что эта война не будет выиграна одним ударом. Срок военной службы в Японии был увеличен с девяти до четырнадцати лет, что увеличило резерв для Маньчжурской войны на полмиллиона человек. В октябре