日军成功偷袭俄军后，决定乘胜出击，把旅顺口的俄国太平洋舰队封锁在旅顺港内，日本陆军主力经朝鲜入侵中国东北，另一支日军由海路在辽东半岛登陆。6月20日，日军总司令部制订出作战计划，由大山岩上将指挥十万余部队马上投入战斗。防守辽阳的俄军约有15万人，由满洲陆军总司令库罗帕特金上将指挥。战斗中，俄军连连失利，最后全线撤退。1904年9月4日，日军占领辽阳。三个月后，也就是12月19日，日军占领了旅顺港。旅顺争夺战耗时五个月，它是日俄战争中最为激烈的战役，日俄双方均损兵折将。
从7月份开始，日军在大将乃木希典的指挥下，对旅顺港进行疯狂的进攻。俄军构筑堡垒三十多座，炮台六十多座，而且把高压电通到阵地前沿线铁丝网上。乃木希典调来重炮密集轰炸，才摧毁了高压电网。但是俄军设的堡垒、炮台居高临下，几乎弹无虚发。乃木希典气急败坏，下令实行“肉弹攻击法”，就是前面的倒下了，后面士兵再冲上去，但无济于事，丝毫不能攻破俄军的防线。
除了有利的地形、坚固的工事外，俄国还掌握着当时最先进的武器——马克沁机关枪。这种机关枪一分钟能发射600颗子弹，乃木希典的“肉弹”被马克沁机关枪一排又一排地射杀在俄军的阵地前。几次进攻，日军都被打退，日方被击毙2.5万余人。日本天皇对此非常不满，责令乃木希典只许成功，不许再败。11月26日，乃木希典集中炮火攻击俄军的203高地。上万发炮弹将俄军在高地上的堡垒和掩体几乎全部炸平。失去了203高地，俄军防线被撕开了一个大口子，俄军节节败退。这次进攻，俄军伤亡5 000人，日军伤亡1.7万人并夺取了胜利。1904年12月19日，日军占领旅顺港。
在1905年3月又丧失沈阳的控制权后，俄国在中国东北大势已去。但它并不甘心失败，因为这些战役并不是决定性的。俄国军队并未受到重创，相反还随着交通的改善而使兵力得到增援和加强。但在海上，日本赢得一场导致和平谈判的绝对胜利。由于目光短浅，俄国人把他们经过整休的波罗的海舰队派往日本。俄国波罗的海舰队由29艘作战舰和19艘补助舰组成。舰队横贯三大洋，行程1.8万海里（约3.3万千米），1905年5月27日，到达日本和朝鲜之间的对马海峡。舰队立足未稳时，就遭到在数量和实力上均占优势的日本舰队的攻击。几个小时后，所有俄国舰船要么被击沉，要么被捕获，而日本人仅仅失去了几艘驱逐舰。
由于这一毁灭性的打击，再加之战争在国内不得人心，俄国人准备和平谈判。日本人也需要和平谈判，因为尽管他们取得了战争的胜利，但他们国内的资源亦因战争而严重匮乏。
1905年9月5日，日俄在美国总统罗斯福（史称老罗斯福）的斡旋下，在美国的朴次茅斯举行和谈，会后，日俄签订了《朴次茅斯和约》，沙俄在和约中，把攫取的在中国旅顺口、大连湾及附近领土的租借权转让给日本，将俄国库页岛南部割让给日本。这样，俄国在日本的阻挡下，停下了向远东扩张的步伐。
日俄战争中，俄国的惨败加速了其国内1905年革命的到来。有历史学家说，日俄战争“是远东历史乃至世界历史的一个重要转折点。它确立了日本列强的地位，改变了远东地区的力量对比”。
流血星期日
1904年，当日俄战争打响之后，革命在战线后面的俄国内部传播开来。革命的根源在于农民、城市工人和中产阶级对沙皇统治的长期不满。当战场上失败的消息传到圣彼得堡后，忍无可忍的人民再也按捺不住，许多城市发生了反战示威抗议。以列宁为首的布尔什维克积极活动，得到了工人的广泛支持，全国工人都以罢工来发泄心中的愤怒。这使沙皇尼古拉二世和工厂主们十分恼火，最终发生了1905年1月22日“流血星期日”这一悲惨事件。
从1月3日开始，有一名叫乔治·加邦的牧师，总是出没在罢工的工人之间，他说：“大家如果前去请愿，一定会成功的！”纯朴的工人相信了加邦的鼓动，都纷纷在请愿书上签字，准备1月22日这个星期天上街游行，向沙皇请愿。布尔什维克党听到这个消息后，急忙号召工人不要参加请愿，这里面有重大的阴谋。工人们哪里知道，这个牧师正是警察头子祖巴托夫的密探。
1月21日晚上，以沙皇的叔父弗拉基米尔和警察头子祖巴托夫为首的军政要员举行了一个秘密会议，决定第二天对游行的工人进行屠杀。
这个星期日的早上，由一大群工人的父母、妻子和儿女组成的数千人的队伍向圣彼得堡的冬宫行进。中午时分，当游行队伍走到拉尔夫大门前时，一群骑兵突然举枪向人群扫射。工人们顿时乱作一团，眨眼之间，一百多名工人倒卧在血泊之中，大屠杀自此开始。
反动的沙皇政府前后共纠集了四万多皇家禁卫军，前来镇压游行的队伍。军警们把工人赶到冬宫广场和亚历山大罗夫公园的开阔地带，骑着马，向手无寸铁的工人及其家属们不断开枪。顿时，整个圣彼得堡都弥漫着血腥的气味。
工人们的鲜血染红了圣彼得堡的街头，同时也擦亮了人们的眼睛。他们纷纷行动起来，赤手空拳与禁卫军抗衡。可他们哪里是禁卫军的对手！不一会儿，整个圣彼得堡的大街小巷留下了一具具尸体。这个血腥的星期天，一百多人被枪杀，二百多人受伤，史称“流血星期日”。
星期日惨案使工人明白了，这个世界上没有什么救世主，只有自己才能救自己。他们流着泪掩埋了同伴的尸体，在交通要道筑起了街垒，拿起武器要和沙皇斗争到底。这个消息迅速传遍了全国城乡，其他城乡的工人、手工业者和农民也发动起来，向封建专制发动进攻。这就是俄国的1905年革命。
在布尔什维克党的组织和领导下，全俄国二百多个城市的工人联合起来，成立了工人代表苏维埃，他们联合工农群众，参加罢工示威活动，把革命的火种传播到全国的每一寸土地。
1905年俄国大革命
“流血星期日”事件燃起了第一次俄国革命爆发的火焰。1905年的俄国革命最后失败了，但它有着重要的历史意义，它是俄国历史上第一次资产阶级民主革命，也是帝国主义时期的第一次革命，它标志着沙皇制度的末日已经来临，标志着资本主义和平发展时期的结束。
1905年的俄国革命前后共经历了三个阶段。
第一个阶段为1905年1月到10月间，革命热潮刚刚兴起。所有的阶级和势力都站起来反对沙皇的封建专制统治，农民争夺土地，工人组织进行革命活动，大学生走出教室，水兵发动政变，所有这些，让世界目睹了整个民族举行罢工的壮观景象。面对此情此景，尼古拉二世屈服了，他不得不颁布了著名的《十月宣言》。这个宣言允诺给予人民言论、出版和集会的自由，而且还准许俄国有一部宪法和一个民选的国民议会——杜马。
第二个阶段为1905年10月到1906年1月间，起义进入高潮。但是，革命者已开始分裂。主要由中产阶级组成的温和派接受了《十月宣言》，而包括社会民主党人和社会革命党人在内的激进派要求制宪议会而不是沙皇的大臣来制定新宪法。为了达到目的，激进派试图通过组织更多的罢工和骚动来延长革命。此时此刻，政府已强硬起来，1905年9月5日与日本签订《朴次茅斯和约》后，许多军队回国进行镇压以恢复秩序，而从英法获得的4亿美元的适时的贷款为摇摇欲坠的沙皇政府注入了新的活力，它扑灭了1905年12月22日到1906年1月1日在莫斯科猛烈进行的危险的工人起义。也就在这时，温和派因长期的暴力行为而和激进派关系疏远。因此，到1906年初，革命浪潮的高峰过去了。
第三个阶段为1906年1月到7月21日，是沙皇政权得到巩固的阶段。政府军除了追缉激进派成员和反抗的农民外，还烧毁整个村庄。5月6日，沙皇政府颁布了所谓的《基本法》。根据这一法律，沙皇被封为专制君主，对行政部门、军队和外交政策拥有绝对的控制权。民选的杜马可以与上议院一起分享立法权，但它的预算权受到严格限制。杜马于5月10日开会，拒绝接受《基本法》，并激烈地抨击政府。沙皇一怒之下，于7月21日宣布解散杜马。杜马的许多成员号召国民拒绝纳税，然而没有人出来响应。事实上，到这时，革命的潮流已经退去，第一次俄国革命已经画上句号。
虽然革命失败了，但它在俄国的历史进程中留下了自己的印记，成为俄国历史的转折点，为1917年革命的到来作了准备。