«Если бы бело касалось только военного нашего положения, то никаких серьезных затруднений я не признавал бы существующими, ибо при встрече с превосходными силами отходил бы назад, все усиливаясь, в то время как противник ослаблялся бы. Затруднения истекают из соображений политических, по которым надо удерживаться в Южной Маньчжурии, особенно в Мукдене. Конечно, как эти политические соображения ни важны, но ими придется пожертвовать, если по причинам военным надо будет это сделать».
Первоначальное развертывание показало преимущественное положение русской армии. Во второй половине сентября Куропаткин и его штаб замыслили активные наступательные действия ограниченными силами, разработав операцию по вытеснению противника за реку Тайцзыхэ путем глубокого охвата его правого фланга. То есть Ояму генерал Куропаткин бьет его же оружием, применяя излюбленный японским маршалом метод глубокого охватывающего флангового удара.
Маньчжурская армия, разделенная на Западный, Восточный отряды, отряд генерала Л.М. Дембовского и резерв, должна была наступать двумя группировками на фронте более 50 километров, нанося главный удар своим левым флангом на Бэньсиху.
На направлении главного удара, в гористом, труднопроходимом рельефе действовал Восточный отряд генерал-лейтенанта Г.К. Штакельберга в составе трех корпусов и отдельный отряд генерал-майора П.К. Ренненкампфа. Группировка Штакельберга и Ренненкампфа должна была атаковать правый фланг японской 1-й армии с фронта и одновременно охватить ее с востока.
Западный отряд генерала от кавалерии А.А. Бильдерлинга в составе двух корпусов с задачей введения противника в заблуждение относительно направления главного удара наносил вспомогательный, демонстрационный удар вдоль линии железной дороги Мукден – Ляоян.
Отряд генерала Л.М. Дембовского на правом фланге получил задачу наступать вдоль правого берега реки Хуньхэ, где саперы заблаговременно навели 15 мостов.
Армейский резерв составили два армейских корпуса и конный отряд генерал-майора П.И. Мищенко. Еще один корпус занял позицию в дальнем тылу армии между Мукденом и Телином. Также в резерве Куропаткин оставил половину артиллерии.
Основываясь на данных разведки, японское командование предполагало в случае перехода русской армии в наступление измотать ее в оборонительных боях с последующим переходом в контрнаступление.
22 сентября 1904 года Маньчжурская армия внезапно для японцев перешла в наступление. Через сутки на правом фланге достигнут рубеж реки Мулинхэ, на левом – завязались упорные бои на подступах к Бэньсиху.
Разгадав КОВАРНЫЙ замысел Куропаткина на охватывающий удар, маршал Ояма решил перехватить инициативу и, уплотнив боевые порядки на своем правом фланге, организовал контрнаступление силами 2-й и 4-й армий на центральном участке фронта в зоне ответственности Западного отряда русской армии.
Во встречных боях 28–29 сентября две армии японцев нанесли поражение Западному отряду, отбросив его за рубеж реки Шахэ.
30 сентября после нескольких суток топтания на месте, имея противоречивые данные о неприятеле, не достигнув намеченных целей по слому сопротивления противника в районе Бэньсиху, начал выдвигаться на исходные позиции Восточный отряд.
Последующие боевые действия, носившие преимущественно встречный обоюдоострый характер, проходили с переменным успехом. Японцы контратаковали, в том числе и в ночное время, русские войска отбивались огнем и штыком, особенно эффективными стали огневые налеты артиллерийских батарей. Потери русских войск составили около 40 тысяч человек, из них 5 тысяч – убитыми; японские войска недосчитались 26 тысяч человек, из них порядка 4 тысяч – убитыми.
К исходу 5 октября стороны прекратили взаимные атаки и перешли к позиционной обороне на фронте протяженностью 60 километров.
Продолжительное двухнедельное сражение у реки Шахэ фактически представляло собой масштабную фронтовую операцию, проведенную на фронте до 90 километров и при 30-километровой глубине. Вновь, как и у Ляояна, осторожный Куропаткин провел операцию ограниченными силами, оставив около 45 % своих войск в резерве.
В большинстве исторических источников муссируется мысль о том, что сражение у реки Шахэ было последним шансом русской армии спасти Порт-Артур: в случае гипотетического разгрома японцев Маньчжурская армия якобы могла развить наступление и прорвать блокаду осажденной крепости.