早上六点，撤往奉天的命令下发到各军：西伯利亚第1、3军：两军主力分别移往东台达莲沟、关家红岩子村附近，并在中立沿沟和东清铁路之间布设阵地；
俄军第17军：放弃宝净山，主力集中于谢家屯附近，以一部兵力控制324高地；
扎巴伊卡尔独立骑兵旅：布防于西伯利亚第3军与第17军之间；第10军：作为总预备队，集结于罗大台北方、奉天大路东侧的八棵树。
命令的目的是让在太子河北岸与日第一军对抗的兵力集中到东清铁路与烟台煤矿交汇区域，避免遭到攻击，然后将辽阳的西伯利亚第2、4军后撤。辽阳守备总指挥扎尔巴耶夫接到命令：“日军正在压迫我军左翼，你部于天黑后撤离辽阳前往烟台火车站，渡河后破坏道路桥梁及铁路桥梁！”
命令发出后，库罗帕特金依然在担心日军的动作，他认为从朝鲜半岛来的日军应不止当前的三个师团，在其后方或侧面应尚有有力部队，因此他和萨哈罗夫商量后，决定撤离行动在夜间实施，考虑到日军惯于在天亮前发动夜袭，撤离行动必须在半夜时分完成。
当天的日落时间为七点三十五分，太子河北岸的部队比较容易后撤，第17军已中止了夺回馒头山的作战，仅仅在进行炮击，其它部队也都没有积极的行动，单纯地维持现有位置。
但在第一军看来，俄军并没有后撤的迹象，而且还有展开攻势的可能。黒木当天上午判断了情势：“敌将和前一天一样，继续攻击馒头山，状况未见变化。”
为了呼应攻击辽阳方面作战，第一军必须迅速分断对面的俄军，负责右翼的第12师团制定了当天的目标，第12旅团控制烟台铁路，第23旅团与第2师团协同向三道霸推进。
第一军眼下只有两个师团的兵力，虽然黒木几番督促，但近卫师团此时仍在太子河南岸被俄军牵制着。第2师团经过彻夜激战已非常疲劳，西宽二郎通知第12师团，第2师团当日需要调整，井上光于是终止了第12师团的行动。黒木在等待近卫师团推进以打开局面，所以并未下达任何命令。
未明时分，满州军总司令部一行人从沙河镇出发北上，于上午七点来到了辽阳西南的首山，第3师团长大岛和第6师团长大久保已在那等候着。
辽阳城孤零零地呈现在眼前，其背后是太子河拐弯处，前面则是一字长蛇堡垒阵地。总司令部一直认为俄军的主防线是首山堡至新立屯一线，俄军放弃此防线后，日军只要向前推进便能攻占辽阳。推进的对象就是面前的堡垒阵地，第二、第四军已经开始了进攻。
攻击辽阳的具体行动由各军自行把握，总司令部并未进行干预，首山方向并无炮弹飞来，可以从容地瞭望交错的炮弹炸裂、时隐时现的两军行动、往来于黑烟中的火车和太子河桥上俄军的队列，在作战主任松川的眼里，明朗秋日下的这番景象犹如一幅生动的写生画。
但是，辽阳攻击战却并不轻松。
东清铁路西侧的日军第2军第4师团、6师团与俄军西伯利亚第4军第1师、3师对峙，日军第2军第3师团及第4军第5师团、10师团位于铁路东侧，自左至右占位，面对俄军西伯利亚第2军第5师。辽阳城位于铁路东侧，攻击重点显然落在了这个方向，野津道贯对当天的攻击非常重视。由于第一军的战况并未按预期的发展，日军第4军的炮弹即将耗尽，野津担心一旦俄军将第一军逼回太子河南岸，第四军的侧背部将受到严重威胁，因此必须速战速决。
日军第5、10师团攻击部队的具体阵势如下：
【第10师团】
右翼：第10、第39、后备第40连队，目标第1、a、b堡垒（俄第10军31师124团）；
中央：第20连队第1、2大队，目标第2堡垒（俄第10军31师122团）；
左翼：后备第10、后备第20连队，目标c堡垒（俄西伯利亚第2军5师20团）；
【第5师团】
右翼：第11连队，目标第3堡垒（俄西伯利亚第2军5师19团）；
左翼：第41连队，目标第3、d堡垒（俄军同上）。
野津虽然下达了“速战速决”命令，却并没有指示具体作战方法。第10师团长川村景明令右翼维持现状，左翼和中央发起突击，但也没有指明具体目标，只令“攻击当面之敌”。而第5师团长上田有泽则明确指示：“两连队夺取各自当面之堡垒，在辽阳城南重新集合，第42连队越过左翼进入城内并占领城北！”然而两师团的攻击却毫无进展。
第10师团左翼和中央两分队于凌晨五点开始行动，很快便陷入火网之中，伤亡惨重，推进到距敌600米处已无法再进了。野津指示第8旅团长大谷喜久藏率右翼分队支援，第39连队和后备第40连队发起攻击，但两连队被阻击在a、b堡垒前。
第5师团右翼第11连队推进到第3堡垒前约600米便无法前进，左翼第41连队企图突破第3堡垒与d堡垒之间，但在两堡垒的夹击下也无法前进，只能期待西侧邻接的第二军第3师团的行动。
然而第3师团却在第4堡垒与东清铁路之间等待着第四军的战果，其当面之敌为西伯利亚第2军5师18团，大岛义昌眼看第4军进展极不顺利，非常焦急。
奥巩保利判断必须让第3师团进攻第4堡垒以扭转战局，于是在上午八点下达了攻击命令，但并不是直接突击，而是在堡垒前约400米处构筑阵地，等待炮击。炮兵第1旅团长内山小二郎受命向第4堡垒及其后方的辽阳城西南角的西关村进行集中炮击。大岛于八点五十分命令部队前进，预备队第6连队和第33连队紧随两翼。
第3师团的左右两翼分别位于首山堡东北的西八里庄和南侧的方家屯，右翼首先向第一线运动。炮兵原本当天的射击目标为：炮兵第13联队、第4联队、第14联队各一个大队炮击辽阳火车站及附近堡垒，第6联队、第14联队各一个大队炮击西关村附近的敌炮兵阵地、第4堡垒和辽阳北面的白塔村，第3连队炮击辽阳西南的南林子村和第4堡垒。眼下能立即响应对西关村和第4堡垒集中炮击命令的只有第6联队、第3联队、第14联队的各一个大队，其它炮兵必须移动位置，移动阵地花费了不少时间。上午十一点，炮兵第6联队、第3联队开始炮击，其它三个连队还在转移中。第二军等待着炮击的成果。
十一点二十分，辽阳火车站附近燃起大火，俄军点燃了搬空的仓库，撤退迹象显露！第6师团左翼第48联队首先开始前进。大岛赶到西八里庄，命令第33连队从东南和西南两个方向攻击第4堡垒，同时命令第18连队进攻d堡垒并向西三里庄发展。
正午时分，奥巩保利和参谋来到了首山，此时第3师团的炮击到达顶峰，辽阳火车站一带笼罩在烟火中。奥巩保利见到了心情不错的大山，众人在俄兵尸体边上吃着从沙河镇送来的弁当，愉快地谈论着战局并认为傍晚时分战斗即可结束。饭后儿玉源太郎带着几名参谋到第6师团的前线视察去了。
此时俄军显得比较混乱。西伯利亚第4军上午七点十二分收到了立即撤退的命令，扎尔巴耶夫传令各师准备后撤，刚刚从奉天运来的8门攻城炮又赶着往回运。八点四十五分，第二通命令传来，指示傍晚时分撤退。面对两封不同撤退时间的电报，扎尔巴耶夫征求了参谋长威尔贝里的意见，于十一点四十五分再次传令各师傍晚再行撤退。
西伯利亚第2军上午九点接到扎尔巴耶夫立即撤退的命令，军长扎西里奇立即下令部队撤往太子河北岸，并向烟台火车站集结。，辽阳南门附近的西伯利亚第3军第23团开始撤退。
十一点，第4堡垒地区的西伯利亚第5师17团的十个连中有六个连开始后撤；17团后侧的炮兵第5旅4连紧跟着加入后撤行列；正午，d堡垒的第18团后撤。
日军正面的俄军陆续脱离了阵地，第3师团如果此时突击，极有可能一气突入辽阳城西南角……
正午前后，扎西里奇收到“日落后撤退”的新命令，赶紧传令第1旅和第2旅停止行动，等到晚上七点半再撤。
然而推迟撤退的命令引发了不小的混乱。最先撤离的俄军第23团在接到第二条命令时已经撤到了辽阳城北门，正在返回时又接到了前往辽阳北部靠近第三桥的赵家林子的指示，随后又接到西伯利亚第5师的指令，要求前去填补因第17团后撤而空虚的第4堡垒附近阵地。第23团原本位于太子河北岸，刚加入辽阳守备，对地形还不熟悉，好不容易才找到第17团的阵地。
第17团也接到了回头命令，但除了未撤的四个连，只返回了两个连。从d堡垒撤离的第18团在辽阳城西北端受命返回，但附近的火车站是日军的炮击重点之一，行动比较困难，到下午两点才回到d堡垒。俄军西伯利亚第5军71师283团的一个营烧掉了火车站附近的空仓库后，奉命支援第4堡垒，由于第17团一部和第23团回归了堡垒，该营最后来到了辽阳城南堡垒下。
这期间出现的混乱并未延续很长时间，一时撤空的只有d堡垒，而对面的第5师团左翼分队在其它方向的射击下未能前进，虽有第3师团第18联队的支援，日军终究未能抓住这短暂的机会。
午后，双方依然胶着。
日军第一军方面，第12师团向司令部报告：辽阳奉天间的列车往来频繁，大达莲沟附近的俄军炮兵阵地的火炮数量由三四十门减少到了十五六门，询问是否要展开进攻。司令部内部对于是否进攻的意见出现了对立，副参谋长松石安治和大部分参谋主张立即进攻，参谋长藤井茂太等一部分表示反对，黒木没有参与参谋们的争论，在一边假寐，最终制止了无谓的争论：”
“没有预备队，敌人有三四倍之多，炮弹缺乏，我们拿什么展开行动？”当天第2师团已经停止了行动，近卫师团还在渡河，未有进一步消息，第一军根本无法发动进攻。.