Гарнизон Порт-Артура в это время проводил усиленные работы по восстановлению и укреплению своих позиций и усилению крепости артиллерией. Генерал Кондратенко лично осмотрел наиболее пострадавшие от огня вражеской артиллерии укрепления Восточного фронта и наметил ряд мероприятий по их исправлению и улучшению. Защитники крепости, используя временно наступившее затишье, заделывали бреши в Китайской стенке, утолщали бруствера, устраивали проволочные заграждения, сооружали новые траншеи, окопы и укрытия для личного состава. Перед укреплениями, где имелись мертвые пространства, закладывались фугасы. Кроме того, начались инженерные работы впереди Китайской стенки с целью задержать продвижение подкопов противника в этом направлении.
Широкое распространение среди гарнизона крепости получило в это время изобретательство. Оборонявшиеся приступили к изготовлению ручных гранат, в эффективности которых гарнизон крепости убедился на собственном опыте во время первого штурма. В артиллерийской мастерской Порт-Артура в августе были сконструированы первые образцы минных мортир. Для их изготовления использовались метательные минные аппараты, состоявшие на вооружении паровых катеров и метавшие с помощью пороховых зарядов мины калибром 225 мм и весом 75 кг, а также гладкоствольные медные гаубицы, стволы которых укорачивались и устанавливались на деревянных стойках. Для этих мортир применялись мины весом около 8 кг, также выпускаемые артиллерийской мастерской.
Наряду с минными мортирами рабочие, инженеры и техники той же мастерской сконструировали аппараты для метания шестовых мин. Создание и эффективное применение минных мортир защитниками Порт-Артура для разрушения полевых укреплений противника и поражения его живой силы в укрытиях свидетельствует о зарождении нового вида оружия — минометов.
Совершенствовалось также и управление огнем артиллерии. Для каждого фронта сухопутной обороны были назначены начальники артиллерии и при них созданы штабы. Начальниками артиллерии фронтов стали наиболее опытные артиллеристы: Восточного — полковник Б. Мехмандаров, Северного — капитан В.К. Журавский, Западного — подполковник Н.А. Романовский. Управление огнем батарей Приморского фронта осуществлялось непосредственно начальником артиллерии крепости генералом В.Ф. Белым и его штабом. Эти мероприятия способствовали централизации управления огнем и позволяли вести более эффективную борьбу с артиллерией противника и наносить его пехоте большие потери.
В целом к концу августа — началу сентября крепость, получив подкрепления с кораблей эскадры и исправив разрушенные укрепления, смогла полностью восстановить свою боеспособность и была не менее сильна, чем накануне первого штурма.
Восполнив свои потери, командующий 3-й японской армией генерал Ноги 18(31) августа принял решение возобновить активные действия против крепости. Новый штурм предполагалось направить не против главной линии укреплений Порт-Артура, а против передовых позиций Северного и Западного фронтов, расположенных на горах Высокая и Длинная, у Кумирненского и Водопроводного редутов, овладение которыми было крайне необходимо японцам для того, чтобы приблизить свои осадные работы к линии фортов. Таким образом, второй штурм планировалось осуществить в виде двух одновременных атак на пункты, далеко отстоящие один от другого. Японские войска на направлениях планируемых ударов имели примерно трехкратное превосходство над оборонявшимися, а на отдельных участках — десятикратный перевес.
Новый штурм был назначен на 6(19) сентября. В 12 часов 40 осадных орудий и 48 полевых горных орудий начали бомбардировку Водопроводного и Кумирненского редутов и других укреплений Северного фронта. Особенно интенсивному обстрелу подвергся Водопроводный редут, по которому было выпущено около 1 тыс. снарядов. В 18 часов бомбардировка Водопроводного редута прекратилась, и японская пехота тотчас же пошла в атаку, буквально забрасывая оборонявшихся ручными бомбочками. Солдаты 11-й роты 26-го полка во главе с поручиком Длусским мужественно защищались. Уже через час ожесточенного боя в гарнизоне редута насчитывалось не более 30 человек.
В течение вечера и ночи на редут прибыли четыре стрелковые роты и рота пограничной стражи. Бой не прекращался всю ночь. Противник все время бросал в атаку свежие резервы. Положение защитников Водопроводного редута становилось критическим: иссякли запасы гранат и патронов, на развалинах редута оборонялись всего 11 измотанных солдат во главе с начальником пограничной стражи подполковником П.Д. Бутусовым. Стало совершенно очевидным, что далее удерживать редут невозможно. В 5 часов 7(20) сентября генерал Кондратенко приказал оставить его.