尔军区司令格罗杰科夫指挥。陆军大臣库罗巴特金负责全面战事，直接向沙皇负责。
7月8日，俄军借口保护俄在东北的中东铁路，向黑龙江将军寿山提出将俄军数千名取道瑷珲、齐齐哈尔运往哈尔滨。寿山严词拒绝，言：中东铁路，中国给予保护，俄军如果来犯，中国坚决回击。9日，俄国发出侵略东北的动员令，沙皇亲自担任侵华俄军总司令。
7月14日，俄军15万分路向我东北入侵。15日，俄国一部抵达瑷珲，首先向守城清军启衅，守军起而抗击，俄军不敌退至海兰泡。从16日到21日，俄军制造了骇人听闻的海兰泡和江东六十四屯大惨案，在两地分别残酷屠杀我和平居民六七千人，揭开武装进犯中国东北的序幕。
7月18日，负责从伯力一线进攻哈尔滨的俄军开始出动。27日，俄军攻占三姓（黑龙江伊兰）后，继续向哈尔滨进犯。8月3日，俄军进攻呼兰，于当晚进抵哈尔滨松花江码头。4日，哈尔滨陷落。
7月25日，负责从旅顺金州一线向盛京推进的俄军开始进攻熊岳地区，守军不战而退。8月1日，俄军又攻占盖州，重镇营口告急。营口道台临镇脱逃。4日，俄军进攻营口，清军稍一接仗，便溃散奔逃。俄军未经战斗，即占营口。
8月2日，负责由海兰泡方向向齐齐哈尔推进的俄军攻占了黑龙江对面的重镇黑河屯。3日，俄军在付出重大代价后攻占了黑河和瑷珲之间的卡伦山。4日，俄军抵达瑷珲城郊，随后进行水路三面围攻，守军英勇抗击，激战终日，因敌强我弱，城陷。
短短的半个月时间，俄军大举推进，黑龙江三大要地——瑷珲、营口、哈尔滨，于8月4日同时陷落，整个黑龙江省只余齐齐哈尔一城。
俄军于8月4日攻占瑷珲后，随即向齐齐哈尔方向推进。清军将领凤翔率军节节抗击，不断给俄军以沉重打击。10日，在兴安岭伏击战中，凤翔英勇阵亡。14日，清将恒玉接替凤翔职务，继续抗击俄军。17日，经激战，俄军在付出重大代价后，攻占墨尔根城（今嫩江县城）。19日，坚决主张抗击俄军的黑龙江将军寿山，接到清政府的议和令，当即令黑龙江营务处总办程德全与俄军议和。俄军拒绝，继续向齐齐哈尔进攻。此时的齐齐哈尔，难民云集城内外，一片混乱。24日，俄军渡过谟纳尔河，逼近齐齐哈尔。27日，俄军猛攻齐齐哈尔。寿山见大势已去，对部署言：“不能战，也不能守，亦并不与俄人见面。”遂令部署以枪击其头，自杀殉国。
8月28日，俄军攻人齐齐哈尔。至此，黑龙江全省陷落。
从海参崴一线向吉林城推进的俄军，兵分两路：一路出双城子进攻牡丹江，一路由新基辅斯克出发进攻珲春。7月25日，双城子俄军攻占牡丹江车站。7月1日，新基辅斯克俄军攻占珲春。随后，攻占珲春之俄军移兵牡丹江，集中兵力进攻吉林重镇宁古塔。8月27日，俄军大举猛攻久攻不下的宁古塔清军重要阵地艾河村。次日，艾河村陷落，宁古塔守将双龄弃城而去。29日，俄军不战而得宁古塔。
吉林将军长顺早就主张议和。8月25日，长顺派人赴哈尔滨与俄军议和，约定俄军到吉林省城吉林城时，清军以白旗相见。俄军占宁古塔后，直趋吉林城，沿途清军奉长顺之令，不开一枪，皆举白旗。9月23日，俄军先头部队经长途奔波，疲惫不堪地进入吉林城，长顺投降。
至此，吉林全省陷落。
8月4日营口陷落后，俄军随即逼近海城。8日，俄军收缩兵力，集中攻击海城。10日，俄军分三路围攻海城。守军和义和团英勇抵抗，终因武器落后和各军不相统属，作战混乱，虽给俄军一定杀伤，但没能阻止俄军的猛攻。12日，海城陷落，俄军“大杀十日”，和平居民惨遭屠戮。这时，八国联军正向北京推进，沙俄遂抽调兵力到京津，暂时放松了对盛京一线的进攻。9月初，俄军陆续从京津战线撤出，转至海城。9月21日，海城和营口已集中俄军2万人。
9月23日，俄军由海城向盛京推进。24日，俄军抵牛庄，经激战，占领牛庄。26日，占领鞍山。27日，占领沙河，辽阳已无险可守；28日，俄军向辽阳进军，清军败走。29日，俄军进占辽阳。辽阳陷落，盛京失去屏障，再加上清军上下已无斗志，整个辽宁省岌岌可危。
俄军攻占辽阳后，盛京将军增祺当日即派人向阿列克谢耶夫乞和，不允。增祺明知局势危急，不但不组织抵抗，反而于当夜逃往新民厅。盛京副都统晋昌也把军队一抛，出法库门，逃往库鲁王旗。吉林省文武大员一个个也争先逃出盛京。清军全部溃散。城中百姓也纷纷出逃。城里城外，一片混乱。
10月1日，俄军先遣骑兵抵达盛京城外，随即从南门人城，占领盛京皇宫和盛京将军府等衙署，掳去枪炮弹药无数，爆破了军火局。
10月2日，大批俄军进城。至此，东北全境陷落。