Nang dumaong ang Imperial Japanese Army (IJA) sa Liaodong Peninsula, hinati ng Japanese General Ōyama Iwao ang kanyang mga pwersa.Ang IJA 3rd Army sa ilalim ni Lieutenant General Nogi Maresuke ay itinalaga upang salakayin ang base ng hukbong-dagat ng Russia sa Port Arthur sa timog, habang ang IJA 1st Army, IJA 2nd Army at IJA 4th Army ay magtatagpo sa lungsod ng Liaoyang.Pinlano ng Heneral ng Russia na si Aleksey Kuropatkin na kontrahin ang pagsulong ng Hapon sa pamamagitan ng isang serye ng mga nakaplanong pag-alis, na nilayon na ipagpalit ang teritoryo para sa oras na kinakailangan para sa sapat na mga reserbang dumating mula sa Russia upang bigyan siya ng isang mapagpasyang numerong kalamangan sa mga Hapon.Gayunpaman, ang diskarte na ito ay hindi pabor sa Russian Viceroy Yevgeni Ivanovich Alekseyev, na nagsusulong para sa isang mas agresibong paninindigan at mabilis na tagumpay laban sa Japan.Itinuring ng magkabilang panig ang Liaoyang bilang isang lugar na angkop para sa isang mapagpasyang labanan na magpapasya sa kahihinatnan ng digmaan.Nagsimula ang labanan noong Agosto 25 sa pamamagitan ng Japanese artillery barrage, na sinundan ng pagsulong ng Japanese Imperial Guards Division sa ilalim ni Lieutenant General Hasegawa Yoshimichi laban sa kanang bahagi ng 3rd Siberian Army Corps.Ang pag-atake ay natalo ng mga Ruso sa ilalim ni General Bilderling dahil sa mas mataas na bigat ng artilerya ng Russia at nakuha ng mga Hapones ang mahigit isang libong kaswalti.Noong gabi ng Agosto 25, ang IJA 2nd Division at IJA 12th Division sa ilalim ni Major General Matsunaga Masatoshi ay nakipag-ugnayan sa 10th Siberian Army Corps sa silangan ng Liaoyang.Ang matinding labanan sa gabi ay naganap sa paligid ng mga dalisdis ng bundok na tinatawag na "Peikou", na nahulog sa mga Hapon noong gabi ng Agosto 26.Iniutos ni Kuropatin ang pag-atras sa ilalim ng takip ng malakas na ulan at hamog, sa pinakalabas na linya ng depensa na nakapalibot sa Liaoyang, na pinalakas niya ng kanyang mga reserba.Noong Agosto 26 din, ang pagsulong ng IJA 2nd Army at IJA 4th Army ay natigil sa Russian General Zarubaev bago ang pinakalabas na depensibong linya sa timog.Gayunpaman, noong Agosto 27, labis na ikinagulat ng mga Hapones at pagkalito ng kanyang mga kumander, si Kuropatkin ay hindi nag-utos ng isang ganting pag-atake, ngunit sa halip ay iniutos na ang panlabas na perimeter ng depensa ay iwanan, at ang lahat ng mga pwersang Ruso ay dapat na bumalik sa pangalawang linya ng pagtatanggol. .Ang linyang ito ay humigit-kumulang 7 milya (11 km) sa timog ng Liaoyang, at kasama ang ilang maliliit na burol na pinatibay nang husto, lalo na ang isang burol na may taas na 210 metro na kilala sa mga Ruso bilang "Burol ng Cairn".Ang mas maikling linya ay mas madali para sa mga Ruso na ipagtanggol, ngunit naglaro sa mga plano ni Ōyama na palibutan at sirain ang Russian Manchurian Army.Inutusan ni Ōyama si Kuroki sa hilaga, kung saan pinutol niya ang linya ng riles at ang ruta ng pagtakas ng Russia, habang inutusan sina Oku at Nozu na maghanda para sa isang direktang pangharap na pag-atake sa timog.Ang susunod na yugto ng labanan ay nagsimula noong Agosto 30 na may panibagong opensiba ng Hapon sa lahat ng larangan.Gayunpaman, muli dahil sa superyor na artilerya at kanilang malawak na mga kuta, tinanggihan ng mga Ruso ang mga pag-atake noong Agosto 30 at Agosto 31, na nagdulot ng malaking pagkalugi sa mga Hapon.Muli sa pagkabalisa ng kanyang mga heneral, hindi pinahintulutan ni Kuropatkin ang isang kontra-atake.Ipinagpatuloy ni Kuropatkin ang labis na pagtatantya sa laki ng mga pwersang umaatake, at hindi pumayag na italaga ang kanyang mga reserbang pwersa sa labanan.Noong ika-1 ng Setyembre, nakuha ng Japanese 2nd Army ang Cairn Hill at humigit-kumulang kalahati ng Japanese 1st Army ay tumawid sa Taitzu River mga walong milya silangan ng mga linya ng Russia.Pagkatapos ay nagpasya si Kuropatkin na talikuran ang kanyang malakas na linya ng depensa, at gumawa ng maayos na pag-atras sa pinakaloob ng tatlong linya ng depensa na nakapalibot sa Liaoyang.Ito ay nagbigay-daan sa mga pwersang Hapones na sumulong sa isang posisyon kung saan sila ay nasa loob ng saklaw para salubungin ang lungsod, kabilang ang mahalagang istasyon ng tren nito.Ito ang nag-udyok kay Kuropatkin na sa wakas ay pahintulutan ang isang kontra-atake, na may layuning sirain ang mga puwersa ng Hapon sa kabila ng Ilog Taitzu at i-secure ang isang burol na kilala sa mga Hapones bilang "Manjuyama", sa silangan ng lungsod.Si Kuroki ay mayroon lamang dalawang kumpletong dibisyon sa silangan ng lungsod, at nagpasya si Kuropatkin na italaga ang buong 1st Siberian Army Corps at 10th Siberian Army Corps at labintatlong batalyon sa ilalim ni Major General NV Orlov (ang katumbas ng limang dibisyon) laban sa kanya.Gayunpaman, ang mensaherong ipinadala ni Kuropatkin na may mga utos ay nawala, at ang higit na bilang ng mga tauhan ni Orlov ay nataranta nang makita ang mga dibisyon ng Hapon.Samantala, ang 1st Siberian Army Corps sa ilalim ni Heneral Georgii Stackelberg ay dumating noong hapon ng ika-2 ng Setyembre, pagod sa mahabang martsa sa putik at malakas na pag-ulan.Nang humingi ng tulong si Stackelberg kay Heneral Mishchenko mula sa dalawang brigada ng kanyang Cossacks, sinabi ni Mishchenko na may mga utos na pumunta sa ibang lugar at iniwan siya.Ang gabing pag-atake ng mga puwersa ng Hapon sa Manjuyama ay matagumpay sa una, ngunit sa kalituhan, tatlong Russian regiment ang nagpaputok sa isa't isa, at sa umaga ang burol ay bumalik sa mga kamay ng Hapon.Samantala, noong Setyembre 3 nakatanggap si Kuropatkin ng isang ulat mula kay Heneral Zarubayev sa inner defensive line na siya ay kulang sa mga bala.Ang ulat na ito ay mabilis na sinundan ng isang ulat ni Stackelberg na ang kanyang mga tropa ay masyadong pagod upang ipagpatuloy ang kontra-atake.Nang dumating ang isang ulat na ang Unang Hukbo ng Hapon ay nakahanda na upang putulin ang Liaoyang mula sa hilaga, pagkatapos ay nagpasya si Kuropatkin na abandunahin ang lungsod, at muling magsama-sama sa Mukden sa karagdagang 65 kilometro (40 mi) sa hilaga.Nagsimula ang retreat noong Setyembre 3 at natapos noong Setyembre 10.