За счёт сокращения линии фронта и освобождения части войск Куропаткин надеялся стабилизировать ситуацию и создать кулак для отражения обходного движения 1-й японской армии.
***
18 августа развернулись бои за главную позицию. Предпринимая контратаки 2-й и 4-й Сибирские корпуса отразили наступление японцев в центре и на правом фланге. На левом российская пехота в штыковой атаке выбила японцев из деревни Сыквантунь и Нежинской сопки, но японцы через считанные часы вновь атаковали русских, и на этот раз они добились лишь незначительного успеха
Сражение затягивалось, исход его был неопределённым, и маршал Ояма отдал приказ об общем отступлении от Ляояна. Маньчжурская армия русских, сохранявшая численное и позиционное преимущество над японцами, вполне могла довести дело до победы, однако командующий Куропаткин повёл себя очень странно. Он отдал приказ отступать на север, к Мукдену. Уход русских со своих позиций для японцев стал неожиданным и совершенно нелогичным.
Преследовать отступающих Ояма не решился, опасаясь с их стороны какого-нибудь подвоха.
***
К середине сентября Маньжурская армия под командованием Куропаткина уже достигла 200 тысяч штыков при 758 орудиях и 62 пулемётов. И Николай II потребовал от него предпринять решительное наступление.
Нанесение главного удара возлагалось на Восточный отряд генерала Штакельберга, и отряд генерала Раненкампфа.
Раненкампф должен был атаковать с фронта и охватить правый фланг японцев в районе Бэньсиху. Западный отряд генерала Бильдерлинга наносил вспомогательный удар вдоль железной дороги Ляоян-Мукден.
1-й армейский и 4-й Сибирский корпуса составляли резерв. 6-й Сибирский был оставлен у Мукдена.
***
22 сентября русские начали наступление и к исходу следующего дня на правом фланге достигли Шахэ, а на левом подошли вплотную к противнику и завязали бои по всей линии фронта. Для японцев наступление русских стало на этот раз неожиданным, но они всё равно решили вырвать инициативу у противника.
В ходе ожесточённых встречных боёв японцы оттеснили Западный отряд русских за Шахэ. А 30 сентября, не сумев сломить сопротивления 1-й японской армии, начал отход и Восточный отряд. Последующие бои проходили с переменным успехом. А к 5 октября обе стороны, понеся значительные потери, приостановили боевые действия.