Mit dem Ausbruch des Russisch-Japanischen Krieges fungierte er ab Februar 1904 als Stabsoffizier im Hauptquartier des Generalquartiermeisters der Mandschurischen Armee. Nach seiner Ankunft in Liaoyang diente er vorübergehend als Stabschef des 1. Sibirischen Armeekorps (vom 25. März 1904 bis 27. Juni 1904) unter Generalleutnant von Stackelberg. Für den Einsatz des Korps in der Schlacht bei Wafangou (14.–15. Juni 1904) wurde ihm der Orden des Heiligen Stanislaus II. Grades mit Schwertern verliehen. Vorübergehend befehligte er die Ussuri-Kavallerie-Brigade, die beste Kavallerie-Einheit des 1. Sibirischen Armeekorps, bevor er wieder in die alte Position als Generalstabschef des Korps zurückkehrte. Für die Führung seiner Truppen in der Schlacht von Liaoyang (24. August bis 4. September 1904) wurde er am 4. November mit dem St. Anna-Orden 2. Klasse ausgezeichnet. Für seinen Einsatz in der Schlacht am Fluss Shaho (5. Oktober bis 17. Oktober 1904), wo er die Einnahme der Höhe von Putilowska erreichte, wurde er am 4. Januar 1905 mit einem am Oberarm getragenen Dekorationsband mit dem Aufdruck „Für Tapferkeit“ geehrt. Im November 1904 wurde Gurko mit der Bildung des Hauptquartiers der Korpsgruppe Rennenkampf beauftragt, dessen Truppen in Hailungtschen stationiert waren.