新政府軍は兵を3隊に分けて旗巻峠に攻め込む戦略を立てた。右に長州藩2中隊と中村藩1小隊を配し、本道を進む中央には館林藩220名と中村藩1小隊、左の部隊には鳥取藩6小隊と砲兵、御親兵、広島藩、相馬藩1小隊を配した。右部隊は長州藩の戦闘力で旗巻峠北東の陣地2ヶ所を攻略させ、中央は旗巻峠の出撃を押さえ、大兵力となる左の部隊は旗巻峠の南にある羽黒山に向かわせ、稜線を伝って高低の不利なく旗巻峠に攻め込む作戦だった。旗巻峠の仙台藩兵は16小隊であり、前述のアームストロング砲に加え、ようやく後装銃が揃いつつあった。また、陣地は本道に幾重にも張られ、左右の山頂にも側面を押さえる陣地を構築して守備にあたっていた。
仙台藩の首脳は奥羽越列藩同盟結成の契機となった世良修蔵の暗殺を機に主戦派が多くを占めるようになっていたが、敗北が重なるにつれて降伏恭順派が息を吹き返し、仙台藩内に多くの知行地を持つ一門から次第に降伏を求める声も出始めていた。特に強硬に和睦、恭順を主張して中央を追われた遠藤允信は直垂をまとって毎日のように慶邦の元を訪れて降伏を進言、主戦派の松本要人らはその遠藤の動きに憤りを覚え、恭順派への攻撃を思案していた。一方、直接交戦して戦いに身をおく者同士でも和平を模索する動きがあった。中村藩は藩成立以来、仙台藩とは対立してきた間柄だったが、この戦争では新政府軍との交戦、新政府軍に属してからの仙台藩との交戦で多くの兵を失っており、農民の徴兵と物資の徴発によって藩は疲弊しきっていた。24日に中村藩家老の佐藤勘兵衛は縁戚であり、仙台藩の中で奮戦する小斎領主の佐藤宮内に降伏を勧める手紙を届ける。白河口、旗巻峠と常に最前線で戦闘を続けてきた佐藤宮内は戦況の不利であることと、地元の民衆からも戦争を忌避されて兵糧の調達さえ困難であることは承知していたため、隣接する亘理郡領主で仙台藩一門の重鎮伊達邦成（藤五郎）に恭順降伏を説き、伊達成実の末裔として主戦派を自負してきた藤五郎もそれ以後は恭順降伏派に回る。
2度挑みながら、損害のみを得て撤退せざるをえなかった仙台藩では降伏論が持ち上がり、藩論に不一致が目立つようになってきた。降伏を支持する声にしても、列藩同盟の盟主としての義務と雄藩としての矜持、軍備の整った額兵隊の存在と、20日に品川から仙台を目指して出航した榎本艦隊の存在により、主戦派と明確に対峙できるだけの数にはならず、主に藩主伊達慶邦への働きかけにとどまっていた。一方、新政府軍では前線の板垣退助と大村益次郎との方針を巡る論争が決着し、板垣らの希望通りに二本松城から山道を進んで会津藩を攻める母成峠の戦いが21日から始まっていた。これにより、白河口方面の新政府軍はほとんどが会津へと向かい、福島藩から北上して四条軍と共に仙台藩にあたる見込みは完全になくなった。四条軍は駒ヶ嶺を制圧したとはいえ、広大な仙台藩領を抑えるには寡兵であり、後方から続々と来援中の部隊を待つことにした。そのため旗巻峠の戦いが起こる9月10日まで、双方大規模な軍事行動は起こしていない。
駒ヶ嶺への襲撃を退けた新政府軍は配置替えを行う。駒ヶ嶺東の海側の今泉には熊本藩に変わり津藩が入り、要の駒ヶ嶺には長州藩、駒ヶ嶺の西には福岡藩、更にその西方には中村藩兵と東西に広く陣地を形成し、その後方に残りの部隊が補助として入っていた。旗巻峠に対しては、麓の初野に鳥取藩5小隊が備えとして置かれ、注意を払っている。また、16日に津藩176名、19日に四国から大洲藩2小隊が加わったことでその数を増していた。仙台藩は攻勢が失敗が終わったが、再度の攻撃を企図していた。作戦は先日と同じく3部隊に分かれて駒ヶ嶺を正面左右から圧迫し、旗巻峠からの攻撃も加えて新政府を潰走させようというものだった。仙台藩の兵力は前回の攻撃と変わりなく、攻撃の成功は旗巻峠からの増援と各隊の奮戦にかかっていた。
せっかちな性格で、短気な面があり、グラーツ時代に共同で研究を行ったエッティングスハウゼンとは対照的であった。ネルンスト自身、いつも緊張した状態にあった実験中の自分の神経をやわらげてくれるエッティングスハウゼンの落ち着いた性格を賞賛し、感謝の念を示している。実験においても、すぐに結果を求めたがった。低温装置を購入するため、カマリング・オネスの研究所を見学したが、その装置を使用すると多大な待ち時間が発生することが分かると、購入をあきらめ、代わりに自ら小型の水素液化装置を製作した。測定にあたっても、検流計を水平にして測定するのがわずらわしく、傾いた状態のまま測定し、誤差はその場で暗算で補正した。アインシュタインはネルンストを、「子供のように有頂天になる」と評している。「無邪気に驚いた顔」をするのが好きで、その顔で皮肉や鋭いユーモアを語るのが得意であった。自らの業績については謙遜することなく、講義では熱力学第三法則を、「私の熱定理」と呼んだ。これに対して同僚は、ネルンストが書いた本でこの定理を探すには、索引の「m」の項を引かなければならない、と皮肉った。ネルンストの弟子のK.メンデルスゾーンは、ネルンストはあえてこうした無邪気な小男の役を演じることで、自らの業績を嫌みなく周りに伝えていたと述べている。初期の車が好きで、生涯に18台の車を購入した。初めて購入したのはゲッティンゲン時代の1898年で、自動車が普及していなかった当時は町の話題となった。また狩猟も好み、若いころから始め、晩年ツィベレに住むようになってからも行っていた。研究員には公平に接し、敬愛された。弟子にはマックス・ボーデンスタインやフレデリック・リンデマン、フランツ・シモンなどがいる。ネルンスト死後の1964年に開かれた生誕百周年を祝う会では、多くの弟子が集まった。そしてこの年、ネルンストが熱力学第三法則を着想したベルリン大学の講堂は、ヴァルター・ネルンスト講堂と名付けられた。