Venäjän–Japanin sodan viimeisessä suuressa maataistelussa Mukdenin taistelussa Mannerheim oli aluksi mukana tiedusteluretkellä Mongolian rajalle asti ja loppupäivinä hän taisteli Mukdenin (nyk. Shenyang) länsipuolella ja vetäytyi Venäjän armeijoiden mukana pohjoiseen. Mannerheim joutui taistelun jälkeen leikattavaksi vasemman korvan tulehduksen vuoksi. Hän palasi kuitenkin pian palvelukseen ja palveli Japanin rintamalla sodan loppuun asti. Sodan aikana hän yleisestikin osallistui aktiivisesti tiedusteluretkille.