13 декабря японцы взорвали мину под бруствером укрепления № 3, но неудачно. Вражеские саперы проложили новые минные галереи, и 18 декабря прозвучало еще два подземных взрыва. От последнего погиб почти весь гарнизон укрепления вместе с его комендантом. Японская пехота захватила укрепление, встретив в нем совсем слабое сопротивление. Установив на высоте пушки, неприятель начал вести фланговый огонь по Курганной высоте и «Китайской стенке».
19 декабря 1904 года (1 января 1905 года по новому стилю) — на 156-й день обороны Порт-Артура — японцы атаковали по всему Восточному фронту. Начался яростный штурм Большого Орлиного Гнезда. Гарнизон русского укрепления во главе с капитаном Галицким мужественно отразил эту атаку, потеряв 64 человека из 70. После этого генерал-майор В.Н. Горбатовский послал на гору свой последний резерв — роту моряков-десантников.
Подоспевший резерв помог отбить еще несколько вражеских атак. В промежутках между ними японская тяжелая артиллерия вновь засыпала Большое Орлиное Гнездо снарядами.
Участь защитников этой горы решило меткое попадание 280-мм снаряда, угодившего в сложенные на вершине ручные гранаты, которые для русских в отражении атак являлись главным и надежным оружием. Вскоре после этого взрыва японская пехота захватила вершину горы. Остатки русского гарнизона перешли на соседнюю Митрофаньевскую гору.
...В ночь на 20 декабря по приказу генерал-майора Фока были оставлены Малое Орлиное Гнездо, Куропаткинский люнет, литерная батарея «Б», Залитерная батарея. В силу этого положение Восточного фронта, взломанного в нескольких местах, оказалось критическим.
Защитники Порт-Артура еще не знали, что в 17 часов предыдущего дня Стессель отправил на аванпосты неприятеля офицера своего штаба с предложением сдачи крепости. Парламентер прапорщик Малченко сразу же был доставлен в штаб командующего осадной 3-й армии Марисукэ Ноги.
Пока шли переговоры, шло уничтожение последних кораблей и судов Тихоокеанской флотилии. Уничтожались склады боеприпасов. На Золотой Горе сжигался порох. Была дана команда эсминцам выйти в море и прорываться в нейтральные порты.
...Порт-Артурская крепость пала на 329 день своей героической обороны. Генерал-адъютант Стессель издал приказ по крепости, в котором объявлялось о капитуляции. Принятие ее вызвало открытое неодобрение в порт-артурском гарнизоне. Оно выразилось прежде всего в том, что воинская дисциплина среди нижних чинов резко упала. Один из участников обороны Порт-Артура в своих мемуарах вспоминал о «первом дне мира»:
«Все правительственные учреждения в городе были закрыты.
Японцы группами разъезжали и расхаживали по нашему Артуру.
Среди наших солдат еще днем началось повальное пьянство и неразлучно связанные с ним безобразия и буйства. К вечеру и особенно ночью бесчинства, творимые солдатами и матросами, достигли угрожающих размеров. Проезжая вечером по Новому Городу, я слыхал в разных местах крики и выстрелы. Ночью наши солдаты подожгли казармы 10-го Восточно-Сибирского стрелкового полка, которые и горели целую ночь.
Днем матросы и солдаты разбили типографию «Нового края» и уничтожили находившийся там склад газет за пять лет.
Самому беспощадному разграблению подвергся магазин Чурина. Материи рвались тут же на улице на куски...
Все эти безобразия принуждали японцев поспешить с выводом нашего гарнизона из крепости».
Условия капитуляции были следующими: весь гарнизон попадал в плен, который ему приходилось проводить до конца войны на Японских островах. Генералы, адмиралы и офицеры сохраняли свое личное оружие. Все форты, укрепления, оружие, боеприпасы, денежные средства и другое военное имущество передавалось в распоряжение японской армии в том виде, в каком они находились к моменту подписания акта о капитуляции.
Данные о состоянии Порт-Артурской крепости на 20 декабря 1904 года свидетельствуют: ее гарнизон еще мог держаться, облегчая тем самым положение русской Маньчжурской армии. Ко дню капитуляции в составе гарнизона числилось 32 400 человек, в том числе 5809 раненых и больных, 2994 лошади, 610 исправных орудий (из них 287 морских), 9 пулеметов, 207 855 снарядов различных калибров (не хватало только снарядов крупных калибров).
Японцы, по их данным, захватили в Порт-Артуре годных только 357 орудий и 133 799 снарядов. Остальные орудия были приведены в полную негодность русскими артиллеристами. Снаряды же или выбрасывались в воду, или закапывались в землю и бросались в расщелины гор, или подрывались.
Еще не были исчерпаны запасы продовольствия. По данным ведомости состояния гарнизона и снабжения, крепость Порт-Артур ко дню сдачи имела: муки на 27 дней (на крепостных складах ее хранилось около 50 тысяч пудов), крупы — на 23, чая — на 196, сахара — на 140, сухарей — на 21, сухих овощей — на 88, соли — на 175, овса, ячменя и бобов — на 34 дня. Сюда следует добавить почти три тысячи лошадей для убоя на мясные порции.
По запасам продовольствия морская крепость России на Квантуне могла держаться еще 4—6 недель.