Моряки-десантники подоспели вовремя — японская пехота начала новый штурм Большого Орлиного Гнезда. Была отбита и эта атака. После полудня комендант горы капитан Галицкий донес в штаб, что вражеская артиллерия засыпает высоту 11 -дюймовыми снарядами. Комендант писал в донесении:
Ряды защитников Большого Орлиного Гнезда таяли с каждым часом. Фок не захотел, как это делал в трудные минуты японских штурмов Кондратенко, снять часть сил с неатакуемых укреплений и послать их в самое пекло боя. Во второй половине дня вражеский снаряд попал в сложенные на вершине горы ручные гранаты и лишил защитников горы такого надежного оружия. Участь укрепления после этого взрыва была предрешена, и вскоре на вершину горы в большом числе ворвались японцы.
Около трех часов дня в штабе крепости была получена телефонограмма: «Орлиное очищено нами…» Остатки его гарнизона с оружием перешли на Митрофаньевскую гору. Последними оставили Большое Орлиное Гнездо фельдфебель десантной роты с эскадренного броненосца «Победа» Булыгин и матрос Назимов. Уходя, они вынесли из боя тяжело раненного командира десантной роты лейтенанта Тимирева.
В ночь на 20 декабря по приказу Фока были оставлены Малое Орлиное Гнездо, Куропаткинский люнет, литерная батарея «Б», Залитерная батарея. В силу этого положение Восточного фронта еще более ухудшилось. Горбатовский попытался было воспротивиться такому приказу начальника сухопутной обороны крепости, но безуспешно.
Почти сразу после захвата японцами Большого Орлиного Гнезда, в 15 часов 50 минут, Фок направил Стесселю доклад о том, что он считает невозможным дальнейшее удержание Восточного фронта. Стессель согласился со своим ближайшим помощником и приказал начальнику своего штаба полковнику Рейсу составить на английском языке на имя командующего японской осадной 3-й армией генерал-полковника Ноги письмо с предложением о сдаче крепости. В начале 17-го часа 19 декабря офицер штаба Квантунского укрепленного района был отправлен с этим письмом на японские аванпосты.
Удостоверившись в том, что письмо с предложением сдачи крепости попало в штаб Ноги, Стессель приказал контр-адмиралу Вирену взорвать в течение ночи уже затопленные эскадренные броненосцы и крейсера. Поздно вечером с Золотой горы были поданы условные сигналы. Во внутренней гавани загремели сильные взрывы. Чтобы затруднить вход в нее, на фарватере были затоплены крейсера «Джигит» и «Разбойник», несколько других судов. Здесь же был сожжен пароход-буксир «Силач».
На глубине 50 метров в Желтом море был затоплен эскадренный броненосец «Севастополь», на котором были открыты кингстоны. Последним покинул героический корабль порт-артурской эпопеи его командир капитан 1-го ранга Эссен. Недалеко от «Севастополя» на внешнем рейде была взорвана канонерская лодка «Отважный».
Впоследствии японцы, приложив немало трудов, поднимут большую часть кораблей порт-артурской эскадры, затопленных на мелководье. Они пройдут капитальный ремонт и будут введены в состав императорского военно-морского флота Японии.
В ночь перед сдачей крепости Порт-Артур ближайшие окрестности были охвачены заревом пожаров. Горели не только корабли эскадры и портовые суда. Громадный костер представлял из себя крепостной «минный городок». Много пожаров наблюдалось на Тигровом полуострове. На Золотой горе сжигался порох: время от времени там вздымались к небу огромные клубы ярко-розового дыма. С получением известия о сдаче крепости ее защитниками уничтожалось по возможности все, что могло стать военными трофеями.
В Порт-Артуре оставался отряд боеспособных быстроходных эскадренных миноносцев. Их командиры получили приказы выйти в Желтое море и пойти на прорыв мимо японских дозоров с целью укрыться в близлежащих нейтральных китайских портах. С наступлением темноты в море вышел миноносец «Статный», на котором в близкий порт Чифу были отправлены знамена воинских частей гарнизона, крепостные архивы и другие наиболее важные документы, прежде всего секретные. «Статный», встретившись в море с противником, искусно маневрируя, обманул его и благополучно достиг китайского портового города Чифу.
Успешно миновали японское блокадное кольпо на море эскадренные миноносцы «Смелый» и «Бойкий» (они прорвались в Киао-чао), а «Сердитый», «Скорый» и «Властный» пробились в Чифу. Ни один из них не был задержан по пути неприятельскими корабельными отрядами и не погиб в бою. С подобным успехом могли уйти из Порт-Артура в ту ночь и другие корабли, которые сохранили способность хода.