
Po japonském vítězství u řeky Yalu se druhá japonská armáda pod velením generála Yasukaty Oku vylodila na poloostrově Liaotung, jen asi 60 mil od Port Arthur. Japonským záměrem bylo prolomit toto ruské obranné postavení, dobýt přístav Dalny a obléhat Port Arthur.
24. května 1904 za silné bouřky zaútočila čtvrtá japonská divize pod velením generálporučíka Ogawy Matajiho na opevněné město Chinchou, severně od kopce Nanzan. Přestože byla čtvrtá divize bráněna ne více než 400 muži se zastaralým dělostřelectvem, neuspěla na dva pokusy prolomit její brány. Dva prapory z první divize zaútočily nezávisle 25. května 1904 v 05:30, nakonec prolomily obranu a dobyly město.

Mapa bitvy o Nanshan. © Čeremisov, Vladimír Andrejevič
26. května 1904 začalo Oku s prodlouženou dělostřeleckou palbou z japonských dělových člunů na moři, po níž následovaly pěchotní útoky všech tří jeho divizí. Rusové s minami, kulomety Maxim a překážkami z ostnatého drátu způsobili Japoncům při opakovaných útocích těžké ztráty. Do 18:00 se Japoncům po devíti pokusech nepodařilo překonat pevně zakořeněné ruské pozice. Oku nasadil všechny své zálohy a obě strany spotřebovaly většinu své dělostřelecké munice.
Plukovník Treťjakov shledal, že jeho výzvy k posílení nebyly zodpovězeny, s úžasem zjistil, že nekomandované záložní pluky jsou na úplném ústupu a že jeho zbývající zásoby munice byly vyhozeny do povětří na příkaz generála Foka. Fok, paranoidní z možného japonského vylodění mezi jeho pozicí a bezpečím Port Arthuru, propadl panice z bočního útoku zdecimované japonské čtvrté divize podél západního pobřeží. Fok ve svém spěchu na útěk z bitvy opomněl říct Treťjakovovi rozkaz k ústupu, a Treťjakov se tak ocitl v prekérní pozici obklíčení, bez munice a záložních sil pro protiútok. Treťjakovovi nezbylo nic jiného, než nařídit svým vojákům, aby ustoupili zpět do druhé obranné linie. V 19:20 vlála japonská vlajka z vrcholu kopce Nanshan. Treťjakov, který bojoval dobře a který během bitvy ztratil pouze 400 mužů, ztratil dalších 650 mužů při svém nepodporovaném ústupu zpět k hlavním obranným liniím kolem Port Arthuru.
Kvůli nedostatku munice se Japonci nemohli pohnout z Nanshanu až do 30. května 1904. Ke svému úžasu zjistili, že Rusové se nijak nesnažili udržet strategicky cenný a snadno ubránitelný přístav Dalnyj, ale stáhli se celou cestu zpět. do Port Arthuru. Přestože město vyplenili místní civilisté, vybavení přístavu, skladiště a kolejiště zůstaly nedotčeny.