その後要塞は一月程の抵抗の後に降伏し、長きに渡った旅順攻囲戦はようやく終結した。季節はすでに冬を迎え、満州の地には厳寒が訪れていた。冬営の間の攻撃はないと気を緩めていた陸軍であったが、しかしロシアは日本側の後方襲撃を試み、これをきっかけとしてロシア側の大攻勢を招くこととなる（黒溝台会戦）。多大な損害を被りながらもどうにか撃退に成功した陸軍は、ロシア軍に痛撃を与えたことを機に一大決戦を挑む覚悟を固める。すでに戦時財政は底が見え始め、このあたりで大戦果を上げて講和を成立させる必要があった。旅順戦を終えた第三軍と合流を果たした陸軍は奉天に乗り込み、未曾有の大会戦の火蓋が切られた（奉天会戦）。積極攻勢に出て機先を制した陸軍は、緒戦を優位に進める。陸軍は当初、東西に敵の注意を引きつけた後に防御の薄くなった中央を突破するという作戦を立てたが上手くいかず、会戦半ばより伸びきった陣形を利用して奉天の包囲を試みる。西部戦線に展開する第三軍は奉天の後背に回り込むべく大きく旋回運動をとり、第三軍に転属した好古もその先駆けとしてこの戦役最大の騎兵部隊を率いて進撃する。旅順戦での戦闘を高く評価していたロシア軍は第三軍の攻撃に過剰に反応し、主力を第三軍に集中させた。第三軍は激烈な攻勢に晒され危うく壊滅寸前に陥るが、ところが圧迫から開放された他の軍が一気呵成にロシア軍に猛攻をかけ、これをきっかけとして戦況は激変する。敵側の指揮の不味さもあって日本側は奉天に雪崩込み、その後も追撃の手を緩めずロシア軍を北方に追い払った。主力は逃したものの日本がロシアの満州支配の拠点を奪ったというニュースは世界中を駆け巡り、ロシア本国にも衝撃を与えた。極東の小国相手に連戦連敗を続ける軍の失態はすでにロシアを動揺させていたが、奉天の放棄は帝政への不満を一挙に噴出させ、各地でデモや暴動が頻発した。日本政府はこれを好機として講和交渉を試みるものの、しかしまだ虎の子のバルチック艦隊を持つロシアは峻拒し、交渉は頓挫する。戦争を終結させるには、万里の波涛を越えて極東に向かいつつある大艦隊を撃滅せねばならない。