遼陽で辛くも勝利を収めた陸軍であったが、旅順要塞は依然として健在であった。その膝下の港には旅順艦隊の残存艦もいまだ存在し、海軍にとって変わらぬ痛点となっていた。しかし要塞攻略を任せられた第三軍は単純な正面突撃を繰り返し、要塞の周囲には日本兵の遺骸が累々と重なり屍山血河の惨況を呈した。内地から本土防衛用の二十八サンチ榴弾砲も移設させたものの依然として要塞は陥ちず、真之の発案により海軍は旅順港を一望できる二〇三高地を占領して砲撃を加えることを進言するが、第三軍は自らの戦法に固執して聞き入れようとしない。第三軍の拙劣な攻撃は深刻な兵力不足と砲弾の欠乏を招き、北進軍は遼陽を占領しながら停滞せざるを得なくなるが、やがてその窮乏を察したロシア軍が遼陽へ攻め入る気配を見せた。司令部は積極攻勢に出ることを決断し、遼陽から北に望む沙河において会戦を挑んだ（沙河会戦）。一部隊の崩れが全軍の崩れを招きかねない日本側は、兵の練度の高さを活かして長大な横陣を維持しながら進軍し、寡勢をもって大軍を包囲するという奇手に出る。さらに好古の上申により騎兵部隊に持たせた機関銃がその機動性を生かして戦地を縦横に駆け回り、戦いは日本の勝利に終わる。が、旅順の第三軍は相変わらず無能な突撃を繰り返すばかりで、依然として要塞は陥ちる気配がない。バルチック艦隊はすでに大西洋を回航して極東に向かいつつあり、旅順での蹉跌が日本軍全体の破滅に繋がりかねないと危惧した司令部は超法規的措置で第三軍から指揮権を取り上げ、直接指揮を執って二〇三高地を占領した。観測所の設置によって照準を誘導された二十八サンチ砲は高地越しに港内に砲撃を加え、旅順艦隊はことごとく撃沈・無力化され、海軍最大の懸念は消滅した。