着密集的机枪子弹进行搭桥、填堑壕、爆破的各种努力均以失败告终。
27日，日军的重炮摧毁了俄军松树山堡垒的所有火炮并给俄军士兵造成重大伤亡。第一师团左翼趁机占领了堡垒前的散兵壕。乃木希典决定30日全面发起总攻，但是预感到日军将要发起总攻的俄军于29日凌晨5时首先向松树山的日军发起****，日军猝不及防，仓惶后退，刚刚挖好的坑道和工事被俄军全部破坏。恼羞成怒的日军组织力量夺回了阵地，击退了俄军的数次****，双方一直激战至深夜。
31日，乃木希典希望用一场胜利为睦仁天皇祝寿，他命令全军做好总攻的准备。为发挥火炮的威力，日军将炮兵阵地前移，在每一个突击目标前都部署了数个野战炮兵中队。
11月1日拂晓，日军炮火再次笼罩俄军的阵地。战至黄昏，日军毫无进展，第三次总攻旅顺要塞宣告失败。此战，日军伤亡3830人，仅夺取了俄军一个堡垒。
乃木希典的三次总攻造成日军2万余人伤亡，消息传回国内后引起轩然大波，很多日本国民认为乃木希典的指挥非常拙劣，要求撤换他。一些极端的人更是指责乃木希典残杀士兵，要求他剖腹谢罪。
东乡平八郎是个很沉稳的人，然而乃木希典的一根筋的思维方式他再也无法淡定下去了。攻克旅顺要塞是次要的，当前最为重要的消灭太平洋舰队！能否消灭太平洋舰队是关乎日本国家存亡的关键！所以，必须改变这种全面进攻的方式，转为主攻203高地！
日本海军部听取了东乡平八郎的意见，向战时大本营要求陆军部最迟不超过12月10日控制旅顺港，消灭太平洋舰队。11月9日，大本营要求乃木希典攻占203高地，并且把日本本土的最后一个师团（第七师团）增派给乃木希典，并补充了19门280毫米榴弹炮和大量炮弹。
然而满洲军总司令大山岩对大本营的意见非常不满，他认为乃木希典第3集团军的挖壕工程进展顺利，再改变计划重新选择突破口是不妥当的。他声称即使占领203高地，也只不过将它做为一个观察点，而280毫米榴弹炮轰击军舰的效果也没有想象中那么好。总之一句话，他反对大本营的意见，他要继续挖地道，要彻底攻占旅顺要塞。