克鲁巴特金自辽阳撤军后，屯守浑河，当旅顺陷落时，正好有一团哥萨克骑兵开到，为了振作士气，他决定以这一团骑兵作一次奇袭。
选定目标是牛庄、营口。克鲁巴特金用了一条声东击西之计，佯攻“辽西中立地”。清军助日攻俄，已成公开秘密，俄国且曾不断提出照会抗议，而外务部及北洋皆不理，所以俄军之攻辽西，被视为兵败迁怒常有之举，日本亦不以为应该加强戒备。
奉命守辽西的马玉昆，却不免胆战心惊，正规军不能渡河至辽东，唯有利用一称“正义军”、一称“民团”的冯麟阁等人，以牛庄、海城以东的山地设防据守。此地名为千山，冈陵起伏，地势很好，但民团的火力不足，要想挡住以骠悍出名的哥萨克骑兵，仍不是一件容易的事。
于是马玉昆的幕府中，有人建议设疑兵。用二十四辆大车，改装成炮车，自北而南，分布在千山的大小山头上。其实，只有最冲要的两处，设有老式的前膛炮，其余二十二辆大车上，摆的都是木制的野炮模型。
及至哥萨克骑兵，一阵风似地卷了过来，自然不等迫近，便开炮示威。俄军的前卫司令用望远镜一看，才知道部下已误入敌军炮兵阵地，急急下令后退。但不是退回原处，而是放弃了佯攻辽西中立地的任务，一脱出野炮射程，折而往南，由海城以北往西疾驰。守牛庄的日军猝不及防，很吃了些亏。
接着，克鲁巴特金动用八万兵力，攻日本第一军于辽阳附近的黑沟台，日军调第二、第四、第八师团增援苦战，才能守住原来的阵地。
经此两仗，日俄两国都调大军驰援，俄国集中了可调之兵，总计四十万，日本已倾巢而出，与俄军相差无几。三十多万兵，分为五个军，旌旗相望，自东北至西南的战线，绵亘数百里之遥。
光绪三十一年的元宵节，日军发动总攻，以精锐的第五军攻沈阳之东的抚顺，以拊其背，另遣第一军渡沙河，为第五军接应。正面则由第二、第四军，自辽阳往北攻击。克鲁巴特金误认日军的主力，分兵大半，北向击敌，同时坚守正面。南北两阵地，打得都不算坏。
谁知攻旅顺元气大伤的第三军，重整旗鼓，绕出俄军西北，直扑沈阳以西的新民，手到擒来，然后疾驰而东，在铁岭以南割断了铁路。
这一下，克鲁巴特金才知道已为敌军大包围，急急下令突围。于是日军先得旅顺，后入沈阳，这一场大会战历时二十天，俄军死伤九万有余，日军损失亦不相上下。
然而战事并未结束，克鲁巴特金兵败被黜，左迁为第一军团长，总司令用李尼维齐接任。日军则乘胜进据开原、铁岭，但强弩之末，无力再进，彼此成了僵持的局面。
其时报章喧腾，都道日本的民心士气，如何兴奋激昂，在奉天的日军，必将乘胜而北，直捣俄京。此时中日休戚相关，京中的士大夫跟日本的人民抱着同样的想法，以为东三省收回在即，如何料理善后，应该及早筹划。于是军机处奏请，派署理户部尚书赵尔巽，到天津跟袁世凯先作初步的商谈。
抱着满腔热望的赵尔巽，兴冲冲到了天津，跟袁世凯一见了面，提到报上的那些话，见他是无动于衷的神气，赵尔巽不由得泄气了。
“次翁，”袁世凯说：“日本的胜局已成，诚然！若说直捣俄京，那是痴人说梦，而且战事一时不能结束。”
“何以战事还不能结束？莫非俄国还不服输？”赵尔巽问道：“日本纵不能直捣俄京，逐俄军出东三省的力量，绰绰有余，俄国难道看不出这一点？”
“俄国的看法不同，日本当政者跟百姓的看法又不同。日本陆军损失惨重，虽非强弩之末，可也动弹不得了，起码要几个月的休养整补，才能重整旗鼓。如今急于求和的，倒是日本，而非俄国。”
赵尔巽益发诧异，不信地问：“日本想求和？”
“是的。”袁世凯清清楚楚地答说：“日本的重臣都主张适可而止，及时谋和，明治天皇召开御前会议，打算请美国出来调停。不过，日本的民气方张，这些决定，一时不便宣布而已。”
“有这样的话？”赵尔巽好半晌作声不得。
“俄国不服输，当然亦有他自己的盘算。陆军，日本已无力再进，而俄国还有后备队可调；海军，俄国的第二、第三两支舰队，至少有五十条兵舰，从波罗的海往东调，要跟日本海军见个高下。次翁，莫听报上的浮议，俄国并非一败涂地。”
“照此而言，战事结束，遥遥无期？”
“反正不会近就是。”
“那么，咱们收回东三省，亦是可望而不可及罗？”
“‘可望而不可及’这六个字，形容入妙。不过，凡事豫则立，倘有大才如次翁这样的能先衔命出关坐镇，将来在接收方面，就会方便得多。”
“是的！”赵尔巽深深点头，接着又问：“慰翁，我是不是就拿你这番话，据实复命？”
“是！是！烦次翁面奏，东三省是本朝发祥之地，我决不敢掉以轻心。”
果然，赵尔巽回京不久，驻日公使杨枢、驻美公使梁诚，分别有密电打回来，日本已将愿与俄媾和的意向，告知美国。而美国的罗斯福总统，认为做调人的时机尚未成熟，不愿贸然出面，只是发布了一个声明，劝日俄直接谈和，同时要求日本维持满洲门户开放，并将主权交还中国。
这些消息与袁世凯的话相印证，情势已相当明了，收回东三省确是件可望而不可及的事，但有美国声明中的仗义执言，收回东三省似乎也有把握。慈禧太后及军机大臣，都象服了一粒定心丸，且不管东北，先管东南。