Khi Quân đội Đế quốc Nhật Bản (IJA) đổ bộ lên Bán đảo Liêu Đông, Tướng Nhật Bản Ōyama Iwao đã phân chia lực lượng của mình.Tập đoàn quân số 3 IJA dưới sự chỉ huy của Trung tướng Nogi Maresuke được giao nhiệm vụ tấn công căn cứ hải quân Nga tại Cảng Arthur ở phía nam, trong khi Tập đoàn quân số 1 IJA, Tập đoàn quân số 2 IJA và Tập đoàn quân số 4 IJA sẽ tập trung về thành phố Liêu Dương.Tướng Nga Aleksey Kuropatkin đã lên kế hoạch chống lại cuộc tiến công của quân Nhật bằng một loạt các cuộc rút quân theo kế hoạch, nhằm trao đổi lãnh thổ trong thời gian cần thiết để có đủ lực lượng dự trữ đến từ Nga nhằm mang lại cho ông ta lợi thế quân số quyết định trước quân Nhật.Tuy nhiên, chiến lược này không có lợi cho Phó vương Nga Yevgeni Ivanovich Alekseyev, người đang thúc đẩy lập trường hiếu chiến hơn và giành chiến thắng nhanh chóng trước Nhật Bản.Cả hai bên đều coi Liêu Dương là địa điểm thích hợp cho một trận chiến quyết định kết quả của cuộc chiến.Trận chiến bắt đầu vào ngày 25 tháng 8 với một trận pháo kích của Nhật Bản, tiếp theo là cuộc tiến công của Sư đoàn Cận vệ Đế quốc Nhật Bản dưới quyền của Trung tướng Hasegawa Yoshimichi vào sườn phải của Quân đoàn 3 Siberia.Cuộc tấn công đã bị quân Nga dưới sự chỉ huy của Tướng Bilderling đánh bại phần lớn là do trọng lượng vượt trội của pháo binh Nga và quân Nhật đã phải chịu hơn một nghìn thương vong.Vào đêm ngày 25 tháng 8, Sư đoàn 2 IJA và Sư đoàn 12 IJA dưới sự chỉ huy của Thiếu tướng Matsunaga Masatoshi giao chiến với Quân đoàn Siberia 10 ở phía đông Liêu Dương.Trận giao tranh ban đêm ác liệt xảy ra xung quanh sườn núi có tên "Peikou", đã rơi vào tay quân Nhật vào tối ngày 26 tháng 8.Kuropatin ra lệnh rút lui dưới sự che chở của mưa lớn và sương mù, đến tuyến phòng thủ ngoài cùng bao quanh Liêu Dương, nơi mà ông đã củng cố bằng lực lượng dự bị của mình.Cũng trong ngày 26 tháng 8, cuộc tiến công của Tập đoàn quân 2 IJA và Tập đoàn quân 4 IJA đã bị Tướng Nga Zarubaev chặn đứng trước tuyến phòng thủ ngoài cùng ở phía nam.Tuy nhiên, vào ngày 27 tháng 8, trước sự ngạc nhiên của quân Nhật và sự kinh ngạc của các chỉ huy của mình, Kuropatkin đã không ra lệnh phản công mà thay vào đó, ra lệnh từ bỏ vành đai phòng thủ bên ngoài và yêu cầu tất cả các lực lượng Nga phải rút về tuyến phòng thủ thứ hai. .Phòng tuyến này cách Liêu Dương khoảng 7 dặm (11 km) về phía nam và bao gồm một số ngọn đồi nhỏ đã được củng cố nghiêm ngặt, đáng chú ý nhất là ngọn đồi cao 210 mét được người Nga gọi là "Đồi Cairn".Các tuyến ngắn hơn giúp quân Nga phòng thủ dễ dàng hơn, nhưng lại ảnh hưởng đến kế hoạch của Ōyama nhằm bao vây và tiêu diệt Quân đội Mãn Châu Nga.Ōyama ra lệnh cho Kuroki tiến lên phía bắc, nơi anh ta cắt tuyến đường sắt và lối thoát của quân Nga, trong khi Oku và Nozu được lệnh chuẩn bị cho một cuộc tấn công trực diện vào phía nam.Giai đoạn tiếp theo của trận chiến bắt đầu vào ngày 30 tháng 8 với một cuộc tấn công mới của Nhật Bản trên tất cả các mặt trận.Tuy nhiên, một lần nữa nhờ pháo binh vượt trội và các công sự rộng lớn của họ, quân Nga đã đẩy lui các cuộc tấn công vào ngày 30 và 31 tháng 8, gây tổn thất đáng kể cho quân Nhật.Một lần nữa trước sự kinh ngạc của các tướng lĩnh, Kuropatkin không cho phép phản công.Kuropatkin tiếp tục đánh giá quá cao quy mô của lực lượng tấn công, và không đồng ý đưa lực lượng dự bị của mình tham chiến.Vào ngày 1 tháng 9, Tập đoàn quân số 2 của Nhật Bản đã chiếm được Đồi Cairn và khoảng một nửa Tập đoàn quân số 1 của Nhật Bản đã vượt qua sông Taitzu cách phòng tuyến của quân Nga khoảng 8 dặm về phía đông.Kuropatkin sau đó quyết định từ bỏ tuyến phòng thủ vững chắc của mình và rút lui có trật tự vào trong cùng của ba tuyến phòng thủ bao quanh Liêu Dương.Điều này cho phép các lực lượng Nhật Bản tiến tới một vị trí mà họ có thể bắn phá thành phố, bao gồm cả nhà ga đường sắt quan trọng của nó.Điều này đã khiến Kuropatkin cuối cùng cho phép tổ chức một cuộc phản công, với mục đích tiêu diệt lực lượng Nhật Bản bên kia sông Taitzu và chiếm được một ngọn đồi mà người Nhật gọi là "Manjuyama", ở phía đông thành phố.Kuroki chỉ có hai sư đoàn hoàn chỉnh ở phía đông thành phố, và Kuropatkin quyết định giao toàn bộ Quân đoàn Siberia số 1 và Quân đoàn Siberia số 10 cùng mười ba tiểu đoàn dưới quyền của Thiếu tướng NV Orlov (tương đương với năm sư đoàn) chống lại ông ta.Tuy nhiên, sứ giả do Kuropatkin gửi đi với mệnh lệnh đã bị thất lạc, và quân số đông hơn của Orlov đã hoảng sợ khi nhìn thấy các sư đoàn Nhật Bản.Trong khi đó, Quân đoàn Siberia số 1 dưới sự chỉ huy của Tướng Georgii Stackelberg đến vào chiều ngày 2 tháng 9, kiệt sức vì một cuộc hành quân dài qua bùn và mưa xối xả.Khi Stackelberg yêu cầu Tướng Mishchenko hỗ trợ từ hai lữ đoàn Cossacks của ông ta, Mishchenko tuyên bố có lệnh đi nơi khác và bỏ rơi ông ta.Cuộc tấn công ban đêm của lực lượng Nhật Bản vào Manjuyama bước đầu thành công, nhưng trong lúc bối rối, ba trung đoàn Nga đã bắn vào nhau, và đến sáng ngọn đồi đã trở lại tay quân Nhật.Trong khi đó, vào ngày 3 tháng 9, Kuropatkin nhận được báo cáo từ Tướng Zarubayev ở tuyến phòng thủ bên trong rằng ông ta sắp hết đạn.Báo cáo này nhanh chóng được theo sau bởi báo cáo của Stackelberg rằng quân của ông đã quá mệt mỏi để tiếp tục phản công.Khi có báo cáo rằng Tập đoàn quân số 1 của Nhật Bản đã sẵn sàng cắt đứt Liêu Dương từ phía bắc, Kuropatkin sau đó quyết định từ bỏ thành phố và tập hợp lại tại Mukden cách đó 65 kilômét (40 dặm) về phía bắc.Cuộc rút lui bắt đầu vào ngày 3 tháng 9 và hoàn thành vào ngày 10 tháng 9.