日本人战备的同时，俄国人自然也不会傻到不作任何动作。
日第三军组建的同时，俄国沙皇尼古拉二世也指示远东俄国陆军总司令库罗帕特金发动攻势，责成他“对旅顺的命运负责”。
彼得堡也警告库罗帕特金说：“如丢掉旅顺，将是新的最沉重的打击，不仅有损于俄国在远东的政治军事威望，而且有损于在近东、中亚和欧洲的政治军事威望。我们的敌人将利用这一点尽可能使我们为难，而我们的朋友则将把俄国视为软弱的同盟者，而加以抛弃。”
在沙皇政府的压力下，本来兵力就不足的情况下，库罗帕特金勉强派出一个军（施塔克尔堡指挥的西伯利亚第一军）南下支援旅顺。
该军在得利寺、瓦房店地区与日第二军遭遇，一场遭遇战下来，俄国这个临时的杂牌军怎么会是奥保巩那个老狐狸的对手？
俄军一败涂地，狼狈退却。
此般情况下旅顺的俄军与东北俄军主力的联系被完全切断！
日本人为进攻旅顺，必须确保第三军后方的安全，使它不致遭到集结于辽阳以南地区俄军的打击。
因此，下半月，第一、第二、第四从大孤山登陆的三个日军主力军团，开始向辽阳方向移动，企图牵制俄军于该地的军事行动。
日本人随后恢复了辽东半岛上的军事行动。但占领了横山等制高点以后，又转入防御，等待增援。
与此同时，日第三军已经军恢复对旅顺的攻势。
此时，防守旅顺外围各隘口的俄军第四十四师、第七师两个师，兵力约1。6万人，火炮70门，另有战舰支援。但在斯捷塞尔指挥下，节节败退。几天时间，俄军放弃旅顺外围最后一道天然屏障——狼山，福克师在该处一共只坚守了半天。当日，俄军开始撤进要塞。甚至连张晓磊也没有估计到俄军退却如此之快。
从战争爆发到如今七月底，几个月中，旅顺要塞的防御不止一次加强！
俄国守军增到4万人，炮646门，机枪62挺。海军有战舰38艘。
但俄军物资储备不足以应付长期围困。例如炮弹，平均每门炮只有400发。防御工事不坚固，伪装不严密。
特别是新任指挥威特赫夫特并不积极过问军务，每日和张作霖在一起！
张作霖是什么人？
八面玲珑，最会说话，此刻日方的军力明显不能与俄军硬抗，张作霖自然要用一些手段来让他们继续撕咬。
在张作霖的蛊惑下，威特赫夫特一直强调敌强己弱，拒绝出海，始终龟缩在港内。
而负责旅顺防务的斯捷塞尔又是个常败将军，他从金州失守开始，就主张放弃旅顺外围一切要地，退入要塞，等待增援。甚至库罗帕特金也感到此人不宜继续担任指挥，曾命令他将指挥权交给斯米尔诺夫将军。
但斯捷塞尔对斯米尔诺夫隐瞒了电报，以致后者直到战争结束以后才知道对自己的“任命”。
包围旅顺的日军兵力已经达6万人，火炮400门，其中有攻城炮198门，机枪72挺。同时，日方以封锁了港口。
三天后日军发动总攻。首次攻占要塞外围前沿制高点——大孤山和小孤山。
此处高地的争夺战中，日军以十二个个营对俄军三个营。双方为争夺这两个战术要点激战了四天之久。最后俄军全军覆没，高地落入日军之手。
大孤山和小孤山的失手，让旅顺港内人人自危，俄国舰队奉阿列克塞耶夫之命，试图突破封锁，开往海参崴。
但由于最高指挥准备不周，指挥失当，俄舰队与日舰队遭遇，威特赫夫特当场战死，其余舰只被迫缩回基地；部分舰只逃到中立国港口，被解除武装。
两军交战，都没有想到他们的水上战场下却是还有其他方的潜艇！
要知道那时候虽然西方已经开始研发潜艇，但是还没有成熟的体系和制造工艺，更别提应用到战争中了。
张晓磊此次海上军事行动绝对是世界上的潜艇首次出征！
而俄国舰队在蔚山海战中被日军上村彦之丞的第二舰队摧毁，之后，日军就对要塞发动首次强攻，昼夜突击，双方激战到六天，日军只夺占了一些前沿工事，但伤亡约2万人，士气低落，自我误伤的大有其人。俄军只伤亡3500人。
俄军虽然数次因为指挥问题失礼，但是其多年经营，战力自然不是刚刚崛起的日军可以比拟。
至此，日军放弃了迅速攻占旅顺的打算，改取长围久困之计。
日方鉴于自己兵力不足，而俄国增援部队源源开到远东，战争旷日持久对己不利。唯一出路是把困在旅顺的第三军解脱出来。
同时，俄国波罗的海舰队正在东调途中，一旦与远东舰队会合，实力将超过日本舰队。因此，日本统帅部利用俄军按兵不动之机，将全部后备力量投入对旅顺的攻击，力争尽快夺取旅顺。
此刻日军却是没有想到，他们一直愤恨但是却没放在心上的张晓磊，已经出动！