Начавшаяся еще во время атаки неразбериха в управлении боем в конце концов дошла до тылов, и в 2 часа ночи из штаба генерала Бильдерлинга последовал неожиданный приказ отступить от деревни Сыквантунь и с Нежинской сопки. Там в это время шел бой, и окопавшиеся батальоны Нежинского пехотного полка находились под огнем японских полевых батарей. Солдаты различных батальонов и полков отступали в полном порядке, старшие начальники утратили власть над подчиненными, войска перемешались, и отступление продолжалось до рассвета.
Бой за деревню Сыквантунь и Нежинскую сопку отличался большим кровопролитием: за один день русские потеряли 3280 человек, в том числе 112 офицеров (особенно велики оказались потери во время атаки на утраченные позиции), японцы — 1291 человека.
Самым решающим образом повлиял на Куропаткина в намерении продолжать сражение за обладание Ляояном генерал Бильдерлинг. В 6 часов 21 августа он доносил командующему Маньчжурской армией: «Поздно вечером и ночью войска наши были сбиты из Сыквантуня и очистили даже позади лежащие сопки».
Не задумываясь, командующий армией на клочке бумаги, подписанном командиром 17-го корпуса, наложил резолюцию, которая гласила: «Очень печально. Ввиду отступления Штакельберга приходится принять решение отступать к Мукдену и далее. Там собраться, укомплектоваться и идти вперед». Сразу же всем командирам корпусов были немедленно отданы соответствующие указания.
Маршал Ояма в это время, испытывая большие трудности в согласовании наступательных действий своих армий и чувствуя, что они выдохлись в атаках на Ляоянские позиции русских, решил с утра отвести 1-ю армию генерала Куроки за реку Тайцзыхэ. Более того, японский главнокомандующий считал, что Ляоянская операция не удалась. То есть в сражении за Ляоян намечалась длительная передышка. Однако приказ Куропаткина о дальнейшем отходе русских войск на два часа опередил уже намеченное отступление японских войск.
Британский генерал Гамильтон, находившийся в тот день при штабе Куроки и наблюдавший за ходом Ляоянского сражения из штаба 1-й императорской армии, записал в своем дневнике, что, «в то время как судьбы Японии лежали на весах, начинается отступление к Мукдену».
Участник ляоянских событий А. Любицкий, который, помимо своих служебных офицерских обязанностей, заведовал еще полевой фотографией (службой) штаба командующего Маньчжурской армией, оставил интересные мемуары. В них он пишет о своем пребывании в городе Ляояне и сражении под его стенами следующее: