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同一天，日第四、二军队辽阳南部堡垒实行强攻，由于俄军阵地坚固，没有成功。
第二军的第四师团又攻击俄军的左翼，各师团迅速接近俄军，彻夜对峙。
由于第四、二军对阵地上的俄军编制、堡垒位置和障碍物的情况茫然无知，只有依据枪炮声大体判断俄军的位置。
尽管有进入太子河右岸的第一军的配合，仍毫无进展，当日军进攻接近俄军阵地前沿之时，受到俄军猛烈炮火的压制，屡次“受到挫折而停顿”，已感到“无术可施。”
在重大的伤亡之下，即便是崇尚为天皇献身的日本士卒面对这样的伤亡也顿时感到了恐惧。
当天夜间，正当日军进退维谷、一筹莫展之时，与此同时俄军的士气也是空前低落，前线的俄军将军们给库罗巴特金的战况报告中，也充满了悲观的论调。
扎鲁巴耶夫的报告说，遭受日第一、四军两军夹击的扎苏利奇将军的部队现已深感弹药不足，并请求增派一个旅，加强预备队。
什塔克利别尔格在报告中竟丧失信心地提出:“我的处境十分危险，由于在近5天的战斗中，好几个团伤亡严重，没有大力支援，我不但不能转入进攻，甚至无力迎战”，他甚至擅自决定在“深夜将部队撤至李连沟待命。”
以上的报告使库罗巴特金非常沮丧，再也无心恋战，于是下达了这样的一个命令：“决定将部队撤向奉天及奉天以远地方，在那儿集结、补员，以便再战。”
第三天的凌晨，库罗巴特金向全军下达了向奉天撤退的命令。
但是就在库罗巴特金在向全军下达了全军撤退的命令之后，日军指挥部也同样的鉴于第一军的被动处境，以及严重的伤亡，于和库罗巴特金下达撤退命令的同一时间，决定将所属军队向后撤退休整，另图良策。
但是库罗巴特金的撤退命令却抢先一步，在库罗巴特金和大山岩下达了相同的撤退时间之后，但是由于俄军这几天的士气实在是低落无比一听到撤退的命令，恨不得立马撤退，于是在离撤退时间还有两个小时的时候，俄军就已经开始撤退了。
在这一时刻原本日军也在为撤退做准备，但是就在做准备的时候日军的侦察兵突然发现对面的俄军有异动，当时这些日军还以为这些俄军要趁着自己这一方撤退的时候发起攻击，顿时把这些日军给吓了一大跳，但是在观察之后却发现俄军也在进行撤退，于是这一消息很快的就被送到了大山岩的面前。
大山岩在看到这样的情报之后，第一时间便知道胜利的机会来了，于是在俄军的全线撤退之后大山岩下达了全线占领辽阳的命令，命令刚一下达日军各部队感到喜从天降，立即冲进俄军阵地，并于第二天凌晨1时许占领了辽阳城内，辽阳会战到此结束。
在双方都因为伤亡太大而下达了撤退的命令之后，俄军却先于日军撤退导致日军不费吹灰之力便拿下了辽阳城，自此库罗巴特金的这道撤退命令立马成为了本世纪最大的笑料，将胜利拱手相让沙俄政府的威信顿时扫地，更不用提沙皇在听到这个笑料之后是什么样的反应了，总之很难看就是了。
这一次的辽阳会战持续了整整两个月的时间，对与俄军来说，不仅仅是一个笑料那么简单的事情，更是是丧失了辽南一个重要军事基地，对于日军而言，则是打开了通往奉天的门户。