虽然早在1904年10月底，沙皇尼古拉二世就命令俄东西伯利亚集团军前去支援旅顺的俄军。但是由于西伯利亚冬日行军不便和俄国内部的反战派的阻挠，这支二十二万人的俄军部队直到1905年1月底才姗姗来迟，跨过了中俄边境。此时旅顺已经沦陷将近一月，这支援军已经没有目标可援。
日军虽然试图趁俄军还未集结之际将俄军消灭，但是由于旅顺攻坚战日军13万人损失了6万人，已经无力阻止俄军，只得坐视俄军援军和驻守在东北的残余俄军在奉天（今辽宁沈阳）会师，组成了三十七万人的庞大军队。
俄国控制下的奉天
俄军在库罗帕特金的指挥下，集结在了奉天。尽管沙皇一再催促俄军夺回旅顺，但库罗帕特金认为日军已经占领旅顺近两个月，早就站稳脚跟，况且日军占有制海权，俄军若试图强夺旅顺，那么必然损兵折将却无功而返。同时，库罗帕特金敏锐的指出，日本为了夺取旅顺，在1904年下半年就花掉的费用就达到了1904年财政收入的6倍。在这种情况下，日军已是强弩之末，不如固守奉天，消耗日军实力，待俄波罗的海舰队到来时再与海军里应外合消灭日军。这一提议得到了沙皇的支持。
然而东北俄军的环境的恶劣却超过了库罗帕特金的想象：俄军在东北的物资库存基本消耗殆尽，各类补给物资只能从俄国本土运输。数百公里的漫长补给线使得俄军物资损耗极大。而且许多东北当地土匪在清政府的秘密支持下，劫掠俄军补给、破坏铁路公路，导致俄军的补给效率进一步下降。俄军不得不分出重兵在漫长的补给线上进行防备。而且俄国内部许多主战派也指责库罗帕特金胆怯避战。
反映奉天会战的宣传画
日军看到俄军搞起了拖延战术，非常恼火，在明知自己不可能打赢消耗战的情况下，日军决定孤注一掷，将所有部队集结，整理出了25万军队主动北上与俄军决战。
俄军指挥官认为日军在旅顺战斗中消耗过大，无力主动攻击，因此未对日军的攻势做相应的防备。2月14日，俄军的外围阵地被日军快速突破，日军兵临奉天城下。然而库罗帕特金作为参加过克里米亚战争的百战老兵，战场经验非常丰富，很快从日军的偷袭中回过神来，他趁日军强渡凌河的机会派哥萨克骑兵发动突击，斩杀了数千日军，迫使日军退回凌河西岸，与俄军隔江对峙。而俄军则趁机大大方方得展开。
27日，日军同时对俄军的左右两翼发动了冲锋。然而俄军在战前认为其右翼背靠河流，日军不会渡河袭击，所以右翼的防备十分薄弱，仅有一个师。然而日军却趁着夜色偷偷划船渡过凌河，在滩头埋伏了下来，在清晨与座椅日军一同发起进攻。这一轮进攻打的俄军手忙脚乱，虽然左翼俄军在重机枪、战壕和火炮的掩护下轻易打退了日军的攻击，但是其右翼却被打的濒临崩溃。所幸俄军骑兵再次挺身而出，及时前来支援右翼俄军，才勉强击退了日军。
俄军骑兵在战斗中发挥了重大的作用
3月1日，日军再次对俄军阵地发动了正面冲锋，但是俄军只用机枪和火炮炸碎了凌河上的冰层，便让日军死伤惨重，不得不放弃攻击。
面对这种僵局，日军指挥儿玉源太郎收到了清政府间谍关于俄军补给线问题的情报，遂派出精锐骑兵绕过俄军战线，三天奔袭160公里，穿插至俄军补给线防御薄弱处，破坏了俄军的货运铁路。而此时恰逢俄军上一轮补给即将耗光之际，俄军无奈向哈尔滨撤退。而日军乘胜追击，消灭了大批俄军。
奉天会战示意图
3月10日，日军攻克奉天，至此，日军尽管付出了十几万伤亡，但在陆地战场获得了完全胜利，摆在他们面前的难题，只剩下最后一个。
,
