К середине ноября силы японцев, получивших свежую кадровую дивизию, втрое превысили ряды защитников крепости, сокращавшиеся из-за военных потерь и болезней. 13 ноября 1904 г. начался четвертый штурм, нацеленный на захват гор Высокой и Плоской. 22 ноября, пользуясь огромными потерями русских, японцы заняли Высокую, что привело к окончательной гибели русской эскадры Порт-Артура, расстрелянной японцами на внутреннем рейде. В начале декабря гарнизон Порт-Артура в 4–5 раз уступал противнику, вплотную подошедшему к линии фортов. Вплоть до своей гибели 2 декабря Кондратенко стремился продлить сопротивление, оттягивая силы японской армии. Назначенный на его место генерал А. В. Фок при поддержке Стесселя создавал условия, при которых защита Порт-Артура становилась невозможной. Он сокращал гарнизоны отдельных укреплений, не давал им поддержки при атаках, после японских обстрелов приказывал их оставлять, даже если защитники отбили врага. Большинство созванного 16 декабря Стесселем военного совета не поддержало решения о сдаче крепости. 19 декабря начался бой на линии обороны Порт-Артура. Всего несколько десятков человек на высоте Большое Орлиное Гнездо отбили 5 атак японцев. Перед шестой произошел взрыв склада гранат, в результате которого погибли все офицеры, и защитники покинули высоту. Еще до окончания боя Стессель и Фок, не уведомив других генералов гарнизона, отправили к японскому командованию парламентеров с согласием на капитуляцию. 20 декабря после 157 дней осады был подписан акт о капитуляции, согласно которому в плену оказались 23 тыс. офицеров и нижних чинов. Японцы не допустили выхода русского гарнизона с оружием в руках. Знамена и документы порт-артурских полков были вывезены пятью эсминцами, прорвавшимися в Чифу. За сдачу Порт-Артура Стессель был предан военному суду и приговорен к смертной казни, которую вскоре заменили на заключение, а потом Николай II его и вовсе помиловал. Героический 50-тысячный гарнизон крепости почти год притягивал целую армию неприятеля. На момент капитуляции армия Ноги насчитывала около 100 тыс., потеряв за время осады и штурмов более 110 тыс. солдат и офицеров. Оборона Порт-Артура стала новой страницей в истории русского военного искусства и мужества русского воинства.
Сухопутные бои русской армии начали разворачиваться с середины апреля 1904 г. Силы сторон были приблизительно равны, но японцам предстояло форсировать реку Ялу, отделявшую Корейский полуостров от Маньчжурии, и произвести высадку десанта с моря. В этой ситуации русские могли действовать более активно, чему мешали просчеты командования. Генерал А. Н. Куропаткин, возглавлявший Маньчжурскую армию, был опытным военачальником, но ему не хватало решительности и воли. Численно незначительные русские силы располагались небольшими группами вдоль железной дороги Порт-Артур — Ляоян. При форсировании неприятелем Ялу русский отряд всего в 15 тыс. штыков, потеряв 3 тыс. убитыми и ранеными, отступил на север. Победа обеспечила японцам высадку войск на Квантунском полуострове. Перерезав железную дорогу на Порт-Артур, генерал Оку в середине мая подготовил десант армии Ноги на Ляодунь.
