9月19日晨，日军第十一师团炮轰东鸡冠山。www.DU00.COm俄军中计，陆续向东线增派部队。
12时，第一、第九师团突然在西线、北线猛烈轰击俄军阵地。经过连续5个小时的炮火覆盖后，友安治延旅团（后备第一旅团）向203高地发起冲击。按照“正攻法”的要求，日军的堑壕已经挖掘到距离俄军前沿50米的地方。日军士兵从堑壕中一跃而起，向俄军阵地冲去。
50米的距离，一个成年人只需要7秒就能跑完。
但是对于冲锋的日军士兵来说，他们的生命只剩下了不到7秒钟。
俄军在203高地只部署了8门火炮，4挺机枪。然而屈指可数的这一点火力就轻松打退了日军的冲锋。日军心有不甘，就这50米我们还冲不过去？7时30分，他们发动了第二次冲锋，但是冲锋的士兵们没有一个活过7秒钟。
夜幕降临，友安治延旅团撤退。
第一师团之第一旅团的任务是进攻203高地东北的猴石山，该旅团战至22时仍无进展遂停止攻击。第二旅团的任务是进攻水师营南侧堡垒，该旅团伤亡惨重，战至深夜也未能占领一寸俄军阵地。第九师团在进攻龙眼北侧堡垒的战斗中也遭到惨败。
20日晨5时，友安治延旅团继续强攻203高地，战至深夜未有任何进展。但是第一旅团占领了猴石山，第二旅团占领了水师营南侧堡垒。
21日，乃木希典见203高地的进攻毫无进展，便命令第一、第二旅团和友安治延旅团一起进攻203高地。3个旅团经过一天的战斗仅仅夺取了203高地前的少量工事。22日下午，日军3个大队的预备队偷偷进入203高地下的一处俄军射击死角，准备等夜幕降临后发动夜袭。俄军识破日军企图，悄悄地从老铁山炮台调来一个速射炮排，突然对拥挤在一起的日军预备队狂泻炮弹。日军3个大队的预备队在5分30秒的时间内伤亡殆尽，夜袭203高地的计划破产。
至此，主攻203高地的友安治延旅团伤亡已达6000人，损失了四分之三的兵力，而日军伤亡总数达到7500人，部队减员接近半数，只能再次停止进攻。日军第二次总攻旅顺要塞失败。
第一次总攻旅顺要塞失败后，日本战时大本营认为日军进攻失败的原因是缺少能够摧毁俄军堡垒的重炮，便提出从东京湾拆卸部分海防重炮支援乃木希典的第3集团军。9月14日，6门280毫米重型榴弹炮运达大连湾。28日，日军终于将这些重炮搬运至旅顺炮兵阵地并装配完毕，经过两天的试射，日军对这些重炮的射击精度和威力非常满意，要求大本营再运12门大炮过来。
10月1日，日军用6门重型榴弹炮射击旅顺港的俄舰，通过猴石山设立的炮兵观察所的引导，这些大炮击沉击伤了4艘俄舰，俄舰急忙转移至东港。从猴石山观察东港的视线被白玉山阻挡，日军只得停止炮击。要继续炮击旅顺港的俄舰，必须占领203高地，在203高地设立炮兵观察所。
15日，俄波罗的海舰队从波罗的海利耶帕亚港起航，计划绕过非洲好望角，12月中旬抵达马达加斯加岛，与来自地中海的另一支分舰队会合后通过马来西亚半岛，最迟于1905年1月上旬到达台湾海峡。得到这个消息后，东乡平八郎慌了，如果波罗的海舰队和太平洋舰队会合的话，联合舰队毫无胜算，而一旦联合舰队战败，制海权将被俄国人控制！那样的话满洲日军的补给线将被俄海军切断，日本将输掉这场战争！
东乡平八郎赶紧联系乃木希典，希望他能够攻占203高地设立炮兵观察所，进而彻底消灭太平洋舰队。但是乃木希典并不这么想，他的目标是旅顺要塞而不是203高地。海军希望攻占203高地是因为他们想消灭太平洋舰队，而陆军攻占203高地只是为了占领一个制高点，陆军的最终目标是旅顺要塞。
乃木希典的第3集团军已经伤亡2万4千余人，如果最后仅仅攻占了一个203高地的话，是无法向大本营和国民交代的。所以乃木希典并没有理会东乡平八郎的意见，他决定向东鸡冠山、二龙山和203高地同时发动进攻，找出俄军防御的薄弱环节，进而撕开俄军的防线。
26日，日军向旅顺要塞发动第三次总攻。280毫米榴弹炮对东鸡冠山处的俄军防御工事造成严重破坏，摧毁许多俄军的掩体、炮台和胸墙，俄军的阵地完全被硝烟笼罩。
当日军第十一师团的步兵发起冲锋的时候，他们发现俄军的堡垒依然完好，马克沁机枪恐怖的哒哒声再次响起，日军士兵纷纷倒地，堡垒前再次尸横遍野。日军反复冲击，直到30日终于冲进东鸡冠山北侧的堡垒，与俄军展开白刃战，但是几乎被俄军全歼。从堡垒后方进行突击的几个中队也近乎“全滅”。
进攻二龙山的第九师团经过4天的奋战，于30日到达俄军堡垒外沿，被堡垒外宽达14米的堑壕挡住去路。日军冒