Вечером того же дня Стессель приказал отвести войска, до этого стойко оборонявшие Китайскую стенку, на вторую линию обороны, которая проходила между Курганной батареей и Большим Орлиным Гнездом. В 6 часов утра два японских пехотных полка без потерь заняли Китайскую стенку и укрепились там.
19 декабря 1904 года (1 января 1905 года по новому стилю) - на 156-й день обороны Порт-Артура - японцы атаковали по всему Восточному фронту. Одновременно осадные батареи повели огонь по второй линии крепостной обороны. Под прикрытием артиллерийских залпов японская пехота начала яростный штурм Большого Орлиного Гнезда. Гарнизон русского укрепления во главе с капитаном Галицким мужественно отбили эту атаку, потеряв при этом 64 солдата из 70. Генерал-майор В.Н. Горбатовский, один из организаторов обороны крепости, отправил на гору свой последний резерв - роту моряков.
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: "Надеюсь на Бога и русского солдата". В тот день после первого приступа защитники высоты отбили еще пять неприятельских атак.
Ряды защитников Большого Орлиного Гнезда таяли с каждым часом. Генерал-майор 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 генерал-майора А.В. Фока были оставлены Малое Орлиное Гнездо, Куропаткинский люнет, литерная батарея "Б", Залитерная батарея. В силу этого положение Восточного фронта еще более ухудшилось. Генерал-майор В.Н. 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 генерал-майор Фок направил генерал-лейтенанту А.М. 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 Маресукэ Ноги письмо с предложением о сдаче Порт-Артурской крепости. В начале 17-го часа 19 декабря офицер штаба Квантунского укрепленного района прапорщик Малченко был отправлен с этим письмом на японские аванпосты.
Удостоверившись в том, что письмо с предложением сдачи крепости попало в штаб Ноги, генерал-лейтенант А.М. Стессель приказал контр-адмиралу Р.Н. Вирену взорвать в течении 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 форватере 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 Николай Оттович Эссен, будущий адмирал, командовавший в начале Первой мировой войны русским Балтийским флотом. 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 его 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.