В начале ноября японская пехота заняла ведущие огонь вдоль линии фронта батареи и капониры форта N2, оттеснив оборонявшихся в глубь построек. Целью штурма, как и прежде, были главные фортификационные укрепления восточного фронта: узел обороны N 3, форты N3 и N2, бастион Куропаткина и батарея “Б”. Для удара по этим объектам были предназначены 1-я, 9-я и 11-я пехотные дивизии, а также полк резервной бригады, поддерживаемые дивизионной артиллерией; почти все они в полном составе были сконцентрированы в районе деревни Шуйшиин. В штурме должны были участвовать 50 000 человек. Силы атакующих превышали силы оборонявшихся почти в три раза, так как перед пятым штурмом на позициях русских находились 14500 штыков, из них на укреплениях восточного фронта 5000 штыков, в резерве фронта были 500 солдат и отдельная морская рота, в резерве крепости 1500 солдат из вспомогательных подразделений, “канцелярских” рот и инженерных войск.
12 ноября начался 4-й штурм крепости. В полдень начался штурм оставшейся части форта N2, к концу дня, несмотря на, сопротивление русских, форт был полностью взят, при отступлении русские взорвали ряд мин, превратив форт в развалины. Отступавшие войска закрепились на части китайской стенки. Яростные бои разгорелись и на батарее “Б”, атакованной ротами 22-й бригады 11-й пехотной дивизии. Сначала солдаты взяли с марша внешние окопы батареи, но из-за огня со стороны узла обороны N3 и Китайской стенки, а также из-за ожесточенного сопротивления гарнизона были вынуждены отступить. Во время повторной атаки японцам удалось ворваться на батарею, где начался рукопашный бой. Когда ситуация стала критической, уведомленный об этом Кондратенко в 15 часов направил в район батареи из резерва фронта стрелковую роту, которая гранатами отрезала нападавших от подмоги, а затем уничтожила их в штыковом бою. При этом обе стороны понесли значительные потери, а 22-я японская пехотная бригада была вынуждена прервать наступление и вернуться на исходные позиции. Так как основные силы 11-й пехотной дивизии были задействованы для атаки на форт 2 и батарею “Б”, не удалась и атака на бастион Куропаткина. Штурмовые колонны 9-й пехотной дивизии атаковали в 12 часов дня и форт 3. попытка была отбита, как и вторая атака в 14 часов, в помощь защитника была прислана рота из резерва. Во главе атакующих в 14 часов со знаменем в руках встал сам генерал Цутия. Сам Цутия был тяжело ранен (его заменил командир 10-й пехотной бригады генерал Яманака). Часть штурмующих, пыталась взять батарею Заредутную и Большое Орлиное Гнездо.
Бои прекратились к вечеру, около 17 часов, не принеся 9-й пехотной дивизии ощутимого успеха. Потери защитников форта были велики, и им в помощь Кондратенко отправил еще одну роту из резерва, в резерве оставалось 3 роты. Командир 9-й японской пехотной дивизии в 22.00 отдал приказ о новом штурме, при этом обе колонны были усилены ротами 26-го полка 7-й пехотной дивизии. Правая колонна, отошедшая от форта 3, должна была нанести удар по полукапониру 3, а левая, выйдя ей навстречу, — по Заредутной батарее. Однако и эта атака принесла, нападавшим, только потери. Штурмовые колонны были вынуждены отойти на исходные позиции. Безуспешным было и наступление 1-й японской пехотной дивизии на узел обороны N 3. Первая атака, начавшаяся в 12 часов из занятых ранее внешних окопов, позволила нападавшим ворваться на внутренние земляные валы, однако они были выбиты оттуда гранатами и винтовочным огнем из соседних шанцев. Хотя колонна и была усилена резервными ротами, из-за значительных потерь она уже не смогла захватить земляные валы. Новая атака, начавшаяся в 16.30, принесла японцам кратковременный успех. Некоторые из них через земляные валы прорвались во двор форта, но уже через полчаса были уничтожены. Остатки колонны, в которой погибли все офицеры, и которая подверглась массированному обстрелу из винтовок и станковых пулеметов из форта 3 и с Китайской стенки, отошли вечером на исходные позиции. Командир 1-й пехотной дивизии мог рассчитывать теперь только на отдельную штурмовую колонну, поэтому он приказал ей ночью нанести удар по расположенной правее узла обороны N 3 Курганной батарее. В 21 час отряд Накамуры начал штурм батареи Курганной, русские, не имея подкреплений, отступили, Кондратенко посылает 3 последних роты из резерва для штурма Курганной, в темноте русские смогли незаметно приблизится к батарее и выбить оттуда японцев. сам Накамура был тяжело ранен. Этой ночной атакой завершился первый этап четвертого штурма крепости. За один день штурма японцы потеряли 4500 человек убитыми и ранеными русские потери составили 1500 человек.