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瑷珲俄军抛出骑士决战的同时，辽南大地上也迎来的大规模的辽阳会战。
俄军原拟攻克旅顺，因为俄军担心旅顺方向会派出军队袭扰俄军的侧后翼。不过肯德拉切夫少将手中兵力不到两个师，不足三万人。而且也没有攻击旅顺要塞的重型火炮，进攻旅顺难度太大，因此他放弃攻击旅顺。由于情报显示，旅顺清军避战不出，大连方向的清军也退入旅顺，而北洋陆军第三镇和第四镇还远在山海关，短期内俄军侧后翼十分安全，因此肯德拉切夫少将决定全力进击辽阳，务必在清军援军抵达前，速战速决，先取得辽阳会战的胜利，打通进攻盛京的最后通道。
库尔伯特金批准了肯德拉切夫少将的计划，因为他推迟辽阳会战于整个战局不利，因为随着的推移，清帝国援军将从关内腹地源源赶到。为此，必须抓紧时机，以现有兵力滨海二师，阿穆尔独立旅一举歼灭集结于辽阳地区的清军主力。虽然清军在兵力上占优势，火炮也多于俄军，但前一阶段作战肯德拉切夫少将已摸了清军的底，清军不堪一击的状态让他增强了以少胜多的信心。
甲午战争中，依克唐阿统领的盛京军队在日军面前一败再败，清日辽阳会战以清军惨败告终。如今两年多了，依克唐阿已经重整了军备，要在辽阳地区夺取军事上的重大胜利。依克唐阿在战后经过长期准备，储备了大量作战物资，条件比较有利。依克唐阿扬言“宁死不从辽阳后退”，他决定依托前沿工事，抗击和疲惫进攻的俄军，然后转入反击。这就是说，依克唐阿拥有优势兵力和火力而采取消极等待的方针，一开始就把主动权给了敌人。
辽阳地区清军防御成3道阵地。第1道阵地全长55公里，位于辽阳以南和东南约26公里。第2道阵地全长22公里，距辽阳约8公里。第3道阵地紧靠辽阳城。全长15公里。但因为俄军进军速度过快，清军的这3道阵地，特别是第1道阵地，纵深小，翼侧暴露，连工事构筑计划都没有完成，法抗击俄军的进攻。
到9月13日，清军按计划进入阵地，部署如下：右翼为聂士成所部和8个营共计一万三千兵力。左翼为盛京练军林格所部马步军19营共计一万五千兵力，辽阳以东还有两营作为外围袭扰。依克唐阿不敢把全部兵力都堵在辽阳会战上面，他担心盛京安全，因此各个阵地上的清军都留出了一半作为预备队，实际上就是打不过就跑的安排。
俄军部署与此不同，它把全部兵力投入战场，不留任何预备队，因此它在总兵力对比上是劣势，但在清军两翼阵地上却造成了局部兵力优势。俄军的计划是对清军实行围歼。阿穆尔独立旅从正面进攻，牵制清军主力；同时滨海师第1、第2两个旅分别从两面迂回清军左右两翼，以右翼为主攻方向。这是一个以少数包围多数的大胆计划。
不得不说，肯德拉切夫少将敢吹牛一个月内打垮盛京全部清军并不是的放矢，他还是有本事的。
9月15日，辽阳会战爆发，俄滨海二师对清军右翼聂士成所部单独实施两翼迂回，企图把清军的注意力吸引到右翼，迫依克唐阿把他的预备队调到右翼，从而削弱其左翼，为俄军独立旅进攻清军右翼林格所部创造有利态势。
清军右翼的战斗一开始就很ji烈，俄军利用清军暴露的翼侧，决定对清军实施两翼迂回。为此，俄军一个团在清军部署中打进楔子，出现在聂士成所部的翼侧。为增援聂士成所部，依克唐阿方立即投入附近的预备队。
9月18日，俄军突入清军阵地内线的一个步兵团左右开弓，打乱了清军整体军事部署。同时，俄军两翼迂回造成合围态势。依克唐阿担心清军有被全部包围的危险，乃下令全线撤至第2道阵地。
清军撤至第2道阵地后，仍保持原来的部署，大部兵力作为预备队，在一线展开的兵力不过40，打法也仍然是等待俄军进攻。俄军的兵力部署也大体如前，企图也仍然是围歼清军。
9月20日，俄军独立旅以3个团的全部兵力同时发起进攻。清军以火炮和刺刀顶住各路俄军的进攻，聂士成身先士卒，率部于俄军一决死战，双方ji战1整天，俄军被迫后撤。
俄军正面进攻受阻，乃于当日夜间，派独立旅三团偷渡蛮河到达右岸，于21日晨迂回清军左翼，与此同时加强对清军右翼的进攻。
聂士成打算反击俄军，为此在左翼集结了三千人，企图以迂回动作将俄军独立旅压迫到蛮河歼灭之。反击定于次日开始。但21日夜间俄军进攻清军林格所部，林格所部大部分不战而逃，导致俄军占领了该方向一系列重要的战术要点，其中包括时官屯及其北面的小高地馒头山。
在这种情况下，依克唐阿决定在实施全面反击之前，首先夺回馒头山。为此分别从各个营抽出精锐2000人，16门炮。但这支临时拼凑的部队缺乏强有力的统一指挥，战斗于晚上打响，一直在黑暗中进行，双方ji烈争夺。清军一度收复馒头山，但在俄军反击下，陷于一片混乱，仓皇溃逃。
次日，时官屯、馒头山战斗的失利之后，依克唐阿的部队已经损失三分之一，最能打的聂士成所部只剩下不足三百人。依克唐阿于是命令清军放弃辽阳，退守奉天，在辽阳会战