
Po bitvě u Nanshan japonský generál Oku Yasukata, velitel japonské 2. armády, obsadil a opravil mola v Dalny, která byla prchajícími Rusy opuštěna téměř nedotčená. Oku opustil 3. armádu, aby obléhal Port Arthur, a poté, co měl zprávy o jižním pohybu ruských sil potvrzené jízdními zvědy, zahájil 13. června svou armádu na sever, po linii železnice jižně od Liaoyangu. Týden před střetnutím vyslal Kuropatkin Stackelberga na jih s rozkazem dobýt Nanshan a postupovat na Port Arthur, ale vyhnout se jakékoli rozhodné akci proti přesile. Rusové, kteří věřili, že cílem japonské 2. armády je dobytí Port Arthuru, přesunuli svá velitelská zařízení do Telissu. Stackelberg opevnil své síly a umístil své jednotky obkročmo na železnici na jih od města, zatímco generálporučík Simonov, velící 19. jízdní eskadře, zaujal krajní pravici fronty. Oku zamýšlelo zaútočit frontálně s 3. a 5. divizí, po jedné na každé straně železnice, zatímco 4. divize měla postupovat na ruském pravém křídle údolím Fuchou.
Dne 14. června postoupil Oku své síly na sever k zakořeněným ruským pozicím poblíž vesnice Telissu. Stackelberg měl toho dne rozumné vyhlídky na vítězství. Rusové měli v držení vyvýšené a polní dělostřelectvo. Nicméně, spíše než aby spolupracoval s obránci tím, že se vrhl přímo údolím do ruské obrany, Oku postoupil 3. a 5. divizi podél středu jako fintu, zatímco 4. divizi rychle manévroval na západ, aby obklíčil ruské pravé křídlo. . Přestože ruské základny tento pohyb zaznamenaly, mlhavé počasí jim zabránilo použít své heliografy k včasnému varování Stakelberga.
Bitva začala dělostřeleckým střetnutím, které demonstrovalo převahu japonských děl nejen co do počtu, ale i do přesnosti. V této bitvě bylo poprvé představeno nové ruské polní dělo Putilov M-1903, které však bylo neúčinné kvůli nedostatečnému výcviku posádek a zastaralé koncepci vyšších dělostřeleckých důstojníků. Zdá se, že lepší japonské dělostřelectvo mělo významný vliv na celou bitvu. Když japonské divize ve středu zahájily potyčku, Stakelberg usoudil, že nepřátelská hrozba přijde spíše na jeho levé křídlo než na pravé křídlo, a tak zaútočil na svou hlavní zálohu tímto směrem. Byla to drahá chyba.
Potyčky pokračovaly až do pozdní noci a Oku se rozhodl zahájit svůj hlavní útok za úsvitu. Stejně tak Stackelberg také určil, že ráno 15. června byl čas na jeho vlastní rozhodující protiúder. Je neuvěřitelné, že Stackelberg vydal svým polním velitelům pouze ústní rozkazy a skutečný čas útoku nechal vágní. Jednotliví velitelé, kteří nevěděli, kdy zahájit útok, a bez jakýchkoliv písemných rozkazů, zasáhli až kolem 07:00. Protože se k útoku zavázala jen asi třetina První východní Sibiřské střelecké divize pod vedením generálporučíka Aleksandra Gerngrosse, překvapila japonskou 3. divizi, ale nezvítězila a brzy se rozpadla. Stackelberg zanedlouho obdržel panické zprávy o silném japonském útoku na jeho odhalené pravé křídlo. Aby se Rusové vyhnuli obklíčení, začali ustupovat a opustili své vzácné dělostřelectvo, když Okuova 4. a 5. divize tlačila na svou výhodu. Stakelberg vydal rozkaz k ústupu v 11:30, ale prudké boje pokračovaly až do 14:00. Ruské posily dorazily vlakem právě ve chvíli, kdy japonské dělostřelectvo mířilo na nádraží. V 15:00 čelil Stackelberg velké porážce, ale náhlá přívalová bouře zpomalila japonský postup a umožnila mu vyprostit své sužované síly směrem k Mukdenu. Jediná ruská ofenziva na odlehčení Port Arthuru tak skončila pro Rusko katastrofálně.