4 января 1905 г., на совещании высшего генералитета главнокомандующий Куропаткин запретил переходить линию между существующим положением в случае японского контрнаступления. Этим действия Гриппенберга были стеснены и лишены самостоятельности. В итоге на Сандепу непосредственно наступали только 1-й Сибирский и Сводно-Стрелковый корпуса общим числом в 47 батальонов. Два корпуса фактически остались вне операции. Во время самого сражения, начавшегося 12 января, ген. А.Н. Куропаткин чуть ли не каждые полчаса отправлял во 2-ю армию телеграммы (в том числе, и шифрованные) с указаниями, что делать дальше. Но при этом вовсе не давал резервов. Наиболее тяжелые бои развернулись в районе укрепленной деревни Хегоутоу, где атаковал 1-й Сибирский корпус ген. Г.К. Штакельберга. В бою под Хегоутоу 13–16 января русские потеряли 285 офицеров и почти 10 тыс. солдат – половину 1-го Сибирского корпуса.
Первоначально выделенные для атаки Сандепу 47 русских батальонов при 256 орудиях атаковали Сандепу, занятую всего лишь 5 японскими ротами. Превосходство русских в начале операции составило 40-кратную разницу. Первые атаки не принесли успеха, ибо оказанное упорное сопротивление побудило русских военачальников преувеличить силу японцев в Сандепу. Начальник штаба 2-й Маньчжурской армии ген. Н.В. Рузский внес в это преувеличение свою немалую лепту. В итоге русские дождались, пока японцы подвели резервы, а затем перешли в наступление на другом фланге. Участник обеих мировых войн, выдающийся советский военный инженер, пишет: «Боясь пройти в открытые промежутки мимо деревень, занятых ничтожными силами противника, и не имея возможности взять деревни, русские полководцы остановились… Оборона японцами Сандепу служит примером рационального использования фортификации. Правильно примененная узловая система укреплений позволила контратаками в промежутки нанести нам сильный удар»[3].
Тем не менее в двухдневном сражении контратаки японцев были отбиты, и японский главнокомандующий маршал И. Ойяма принял решение отступать. В тот же момент, 16 января, командарм-2 провел перегруппировку с целью предпринять решительный штурм Сандепу, куда уже врывались стрелки. Но японцы в очередной раз были спасены русским главнокомандующим – Куропаткин приказал отступать на левый берег реки Хуньхэ (то есть к Мукдену), одновременно сняв с должности начальника 1-го Сибирского корпуса генерала Штакельберга – чуть ли не единственного русского военачальника, проявившего волю и упорство в достижении поставленной цели. Это решение являлось явно несправедливым. Участник всех войн первой половины XX века вспоминал: «В серой массе полков Маньчжурской армии скоро выделился один полк и подле него одна дивизия, один корпус. Это был 1-й Восточно-Сибирский Его Величества полк. То, что на его погонах стояло имя Государя, двигало его вперед. Под Вафангоу, Ляояном и Мукденом он увлекал за собой остальные полки. 1-й Восточно-Сибирский корпус являлся везде, когда нужно было спасать положение»