袭击后的第二天2月9日上午8点，旅顺港外海。
出羽重远率领日本联合舰队第三战队的四艘轻巡洋舰前往旅顺港侦察，看到港内一片混乱。此时日本军舰前进到距离港口大概七千米处，俄国的军舰和海岸炮台仍然一炮未发。出羽断定俄国军心已然涣散，建议东乡派主力第一战队和第二战队过来加一把火，巩固前一天夜里的战果。
一开始东乡平八郎还有些担心俄军岸上炮台的火力，听说敌人组织混乱毫无斗志，决定冒险过去打他一下。他从旗舰三笠号上下达攻击命令，日军各舰跟上以单纵队队形向旅顺港前进。
中午11点30分在港外巡逻的俄舰“博雅林号”巡洋舰发现了来袭的日本舰队，赶紧掉头回港，同时用尾炮向8000米外进逼的日本联合舰队旗舰“三笠号”战列舰进行射击，不过无一命中。
俄军岸上炮台的瞭望哨也看到了日本舰队，立刻拉响警报，旅顺港内顿时成了一锅粥，军舰开始升火启动，把易燃易爆物品推到海里。随着南风把海平线上日本军舰冒出的浓烟吹来，俄罗斯人更加手足无措了。
这时候俄罗斯太平洋舰队司令斯塔克，正在向阿列克塞耶夫总督汇报前一天夜里受袭的损失情况，接到敌舰来袭的报告，赶紧往自己的旗舰上赶。
日本舰队从旅顺港的东南方向接近港口，11点45分距离旅顺港8500米的时候，第一战队的舰只依次转向正西。日本人以为俄国人已经丧失了斗志，因此令第一战队的12英寸305毫米主炮全都集中轰击俄军岸上的炮台，只用副炮打击港内的俄国军舰。
十一点五十五分，日本联合舰队旗舰“三笠号”战列舰在距离旅顺港俄军舰队8000米的距离处首先试射开火打击俄舰“胜利号”，第一轮齐射并没有命中目标。其后日舰纷纷开火，采取每一到两艘军舰攻击一艘敌舰的战法，以右舷火力打击俄舰，俄舰“彼得罗巴甫洛夫斯克号”、“波尔塔瓦号”、“胜利号”3艘战列舰多次中弹。
随后俄舰和海岸炮台进行开火反击，12点11分，1发来自旅顺港黄金山炮台上的1门11英寸280毫米口径海岸重炮发射的1枚炮弹命中了“三笠号”战列舰的右舷，“轰”的一声巨响“三笠号”战列舰的后舰桥部分直接损毁。不久又1发11英寸280毫米口径重炮的炮弹切断了“三笠号”的信号绳，一度造成“三笠号”上的信号旗和战旗落下。
中午的12点15分，“轰”的一声，由馒头山炮台上飞来的1发11英寸280毫米口径重炮的炮弹击中“富士号”战列舰的前舰桥，贯穿了舰体，随即发生了大爆炸，造成32人死亡，55人受伤。
中午12点整，只有3000吨排水量的巡洋舰“诺维克号”，突然主动出港向着日军舰列发起冲击，冲向刚刚完成转向准备射击的第二战队首舰“出云号”装甲巡洋舰。排在“出云号”号后面第三位的“八云号”装甲巡洋舰，赶紧放弃炮击停泊中的俄舰，转而打击“诺维克号”巡洋舰以掩护“出云号”装甲巡洋舰。
“诺维克号”巡洋舰随即调转舰首迎向“八云号”装甲巡洋舰，“轰”，1发由“诺维克号”巡洋舰上4.7英寸120毫米口径速射炮发射的炮弹命中了“八云号”的前桅杆，“八云号”装甲巡洋舰的打击也对“诺维克号”造成了相当大的损害。
“八云号”装甲巡洋舰发射的1发8英寸203毫米口径主炮炮弹击中了“诺维克号”巡洋舰的舰体中部，打坏了舰上的锅炉，随即诺维克号的航速下降。受创的诺维克号只好调头返回，中途趁机向磐手号发射了鱼雷，由于是在仓促之下发射，鱼雷并未命中目标。
诺维克号”巡洋舰是当天唯一主动出击的俄国军舰。
12点15分日本联合舰队第三战队加入炮击，随着第一、第二战队的退出，俄军炮火逐渐转移到第三战队上，使得防护相对薄弱的第三战队四艘轻巡洋舰承受了相当大的压力。
看到这种情况对己方不利，东乡平八郎随即下达了撤退命令，日舰冒着俄军炮火向南转向撤离。战斗过程中，“初濑号”战列舰被命中2发11英寸280毫米口径重炮炮弹，“敷岛号”战列舰被命中1发11英寸280毫米口径重炮炮弹，整场战斗日军战列舰总共受到7发11英寸280毫米口径重炮炮弹的命中，第二、第三战队亦有损伤。12点45分日舰完全撤出旅顺港俄军各海岸重炮的射程外驶往朝鲜仁川港进行集结。
为了避免遭到俄罗斯军舰的追击，日本第一、第二战队先驶向外海，然后才折向仁川港，但是旅顺港内的俄国军舰并没有出港。
俄国受损的有斯塔克海军少将的旗舰“彼得罗巴甫洛夫斯克号”战列舰和“波尔塔瓦号”战列舰，巡洋舰“狄安娜号”和“阿斯科尔德”号也遭到一些损坏。人员损失上日本人损失更大，俄军伤亡150人，日军伤亡432人。
有20发左右的12英寸305毫米毫米口径重炮的炮弹落到旅顺城内，火车站上挤满了逃难的人群。俄国当局不准当地人乘火车离开，于是有钱的当地人买了其它国家的船票离开，穷人只能徒步逃走，天寒地冻中很多逃亡的人冻死在了荒郊野外。
载满难民的挪威轮船“库马尔号”和英国注册的轮船“哥伦比亚号”不顾俄军停船的命令，强行逃入公海，但其它几艘船就没有那么幸运了。英国的“富平号”、“西平号”、中国工程矿业公司的“清邦号”，还有意大利轮船“快速号”离开的时候，都遭到惊慌失措的俄国军舰的炮击，俄罗斯人忘了他们已经同意让这些船离开。
虽然事后俄国人为此进行了道歉，不过随后同样的错误依然是一犯再犯。
两天的战斗下来，虽然日军的鱼雷突袭并没有达成预期的效果，但是已经把俄罗斯人打懵了，战斗民族吓得不敢出战了。虽然没有完全掌握制海权，但是显然日本人已经拿到了海战的主动权。
俄罗斯人开始加紧修筑工事，同时把所有的军舰都挪进拥挤的内港，连首战遭到重创的“帕拉达号”和“采萨列维奇号”巡洋舰，也被拖进内港，“列特维赞号”战列舰也拖进港中，把它留在内港入口处当固定炮台用。与此同时，俄军派布雷舰“叶尼塞号”前往大连湾布雷，防止日军从那里登陆。
叶尼塞号的舰长是个新手，刚刚上任不久，在风浪中布雷的时候，居然让一颗有故障的水雷撞上了自己的船爆炸。几分钟后，“叶尼塞号”就沉了，舰长及其手下92名船员随船沉没，还带走了布雷图。
俄国人不知道“叶尼塞号”是被自己布下的水雷炸沉的，还以为遭到了日本驱逐舰的袭击，赶紧派“博雅林号”巡洋舰率队赶来支援。结果好么，“博雅林号”巡洋也撞上了“叶尼塞号”布下的水雷受伤。“博雅林号”巡洋舰的舰长下令放弃受损的博雅林号，让船员转移到随行的驱逐舰上。中雷后的博雅林号没有马上沉没，还在水上漂着，博雅林号舰长下令驱逐舰用鱼雷把它击沉。
驱逐舰舰长一开始还以为听错了，打自己的船？问清楚后才命令发射鱼雷。第一枚鱼雷卡在发射管里没有射出去，第二枚打了出去，也没有命中目标，没了大杀器的驱逐舰只好先回去了。
夜里一场风暴完成了俄军未能完成的任务，把受创的博雅林号送入海底。回去后博雅林号的舰长上了军事法庭，被判停职反省一年。
虽然遭此挫折，但是俄军继续布雷，在日军可能登陆的海湾里布放了800多颗水雷。
日本舰队主力回到佐世保修理受损的战舰，虽然多艘战舰被俄军的炮弹击中，但是受损的情况并不严重，俄军炮弹没有日本的炮弹杀伤力大。几天后2月14日，除了受损较重的“富士号”战列舰外，其它主力舰只又回到了海上。
主力舰队回港维修的同时，日本的驱逐舰队并没有闲着。2月8日在大连港扑了个空的第4、第5驱逐舰队，2月11日在出羽的第三战队护送下出发，打算再次袭击旅顺港。结果由于当天天气不好，加上俄国人提高了警惕派出驱逐舰在港外巡逻，日本驱逐舰队在港外远远地就被俄国的海岸炮台和巡逻的驱逐舰赶了回去。
几天的战斗下来，虽然日本的鱼雷袭击让俄国损失了两艘巡洋舰，旅顺港里没有能够修理大型战舰的干船坞，这两艘大舰可以从俄军舰队能够出战的清单中勾掉了，但是俄罗斯剩余的舰只仍然有足够的实力，足以威胁到日本的海上交通线，日本海军必须消除这种威胁。
此外俄罗斯还有其它两支舰队，尽管土耳其肯定不会让俄国的黑海舰队通过博斯普鲁斯海峡，但是波罗的海舰队还是有可能过来支援。两支俄罗斯舰队合在一起，实力会大大超过日本，日本海军需要在他们合兵一处之前，先解决掉眼下的这支远东太平洋舰队。
有马良橘给东乡平八郎出了一个主意，说趁着俄国舰队现在全部都在旅顺港内之际，用沉船封锁住旅顺港的出入口，让俄国舰队出不来。这样不需要消灭俄国舰队，也可以确保制海权。
东乡平八郎认为有马良橘说得有道理，于是开始招募敢死队驾驶老旧的轮船，前去执行封锁旅顺港的任务，此即旅顺港闭塞作战。2000多人报名请战，从他们中间选出了70个人，驾驶着五艘旧船前去堵塞旅顺港。
行动计划2月20日实施，不料到了20日这天天气变得太坏，行动只好推迟。夜里开着没有灯光的船找到正确的位置沉掉，本来就是件非常困难的事儿，风高浪急的情况下取得成功的几率微乎其微。
23日夜天气寒冷但是风平浪静，进行了战前动员后，日本水手驾驶着五艘老旧的轮船出发前往旅顺港。两艘派去侦察的巡洋舰报告说港口一片寂静，这支小船队在五艘驱逐舰的护卫下，向着港口驶去。
24日黎明前，岸上的了望台和搁浅的“列特维赞号”上的瞭望哨，同时看到了来袭的船队，探照灯立即开始照射这些船，““列特维赞号”首先开火，随后岸上炮台也加入到打击行动之中。
五艘老旧的破船速度只有10节，探照灯一照船员完全看不清了方向。几艘船在“列特维赞号”和炮台炮火的打击下迅速沉没，行动失败。除广濑驾驶的排水量为2766吨的“报国丸”沉没于港口西侧外，其余四艘连港口的边儿都没挨上，就被俄军的炮火送入了海底。
这次闭塞行动日军阵亡1人、伤3人，生还的人大部分被担任救护任务的驱逐舰接了回去。
取得击沉五艘“来袭日舰”的胜利，让热切期盼着好消息的阿列克塞耶夫总督大喜过望，马上向沙皇详细汇报了这场“大捷”，还特别表扬了搁浅的列特维赞号发挥的关键作用。
俄罗斯人对他们取得一场胜利毫不怀疑，至于为什么日本军舰会在夜里发起正面攻击，躲都不躲直接就往港口里冲，俄罗斯人也不觉得奇怪：变态的日本人不就是这样无脑地冲锋吗？有什么疑问？
同时，既然日本人敢于派出军舰来挑战俄罗斯的战列舰和炮台，派出的肯定是他们最精锐的战列舰。因此可以认定，报销的是五艘日本战列舰，没有人注意到俄罗斯的军舰和炮台都没有遭到还击。
不过天亮之后俄国人就发现不对劲了，日本人这是要把港口堵住，日本人狡猾狡猾滴，阿列克塞耶夫赶紧再给沙皇尼古拉二世发报告更正最新的消息。.