徐邦道說服姜桂題、程允和等人率各部共計3000余人，再往土城子主動出擊。
清晨，日軍少將西寬二郎率領步兵第三聯隊、一個騎兵中隊、一個炮兵中隊、一個工兵大隊作為前衛部隊，經營城子、雙臺溝向旅順進發。
秋山好古率右翼縱隊搜索騎兵作為先鋒，從三十里堡首先出發。秋山好古參與數次日本對外侵略戰爭，畢業于陸軍士官學校，到法國留學，日本最高軍銜的陸軍大將，好戰，好殺戮，是日本對外侵略的重要將領，唯一的騎兵名將，
到達三澗堡后，日軍部隊抵達土城子一帶。立即將騎兵第二中隊派往土城子警戒，秋山發現清軍200余人已占領土城子南方高地。命令搜索隊向三澗堡東側散開，準備戰斗。被埋伏在土城子南面高地上的程允和部隊發現。秋山命令向清軍射擊，雙方開始激戰。
大清是馬上得天下，這只騎兵隊是滿八旗的鑲藍旗下，雖然久未征戰也還有些戰力，而日本人的騎兵指揮則是一個叫龜田一郎騎兵中隊長，據說他們的騎兵教練是一些法國人，從單兵素養和戰術布置的訓練都是比照法國騎兵隊，且有些個年頭了。起初兩邊的騎兵對戰是日本人略占上風。日軍根據過去的經驗，清軍看到日軍就會立即逃跑。但是，這里的清軍不僅一步也不后退，而且奮勇前進。
這時，程允和不斷向前沿陣地增兵，指揮清軍向日軍猛撲過去，隨著清軍兵力的增加，日軍騎兵陷入劣勢，秋山好古發現清軍兵力還在不斷增加。估計清軍已經有五六百人。日軍準備搶先占有利地形。程允和部隊已到達土城子以西地帶，與姜桂題部形成鉤狀，把日軍包圍起來。
清軍吹著軍號，擎著赤黃色的旗幟，向日軍發起進攻。清軍人數甚多，西山步兵約700、騎兵200，前面步兵約1000多，左邊步兵約500、炮5門，騎兵50，各高舉旗幟沖向日軍。
雙方交戰不久，清軍就將淺川敏靖左臂擊傷，并將其從馬上擊落在地。淺川敏靖所率領的第二中隊也隨之被擊潰，日軍傷亡者眾多，飯尾金彌被擊斃，木村松源等被擊傷。
秋山少古率領的騎兵在人數上處于劣勢，根本就無力抵擋清軍的進攻，清軍居高臨下向日軍猛烈射擊。然后逐步將日軍分隔包圍各個擊破，秋山好古無力抵擋，見勢不妙不得不命令日軍部隊向北突圍，去請求救兵支援。清軍緊追不舍，如潮水般涌向日軍，吶喊聲如萬雷齊鳴，子彈如雨點般紛飛，硝煙彌漫。戰斗十分激烈，
然而，秋山好古的先鋒隊剛撤退到土城子東面的周家屯時，忽然遇一支雷霆縱隊的偵查隊突擊隊迎頭打過來，突擊隊員的密集掃射，使先鋒隊又陷入困境。秋山好古派快馬向旅團部求援。
日軍第三聯軍丸井正亞少佐接到求援報告，立即派遣步兵第三中隊前往土城子增援。
雷霆縱隊第三支隊的先鋒部隊偵查連得知清軍在土城子一帶與日軍作戰，因為還沒有與清軍取得聯系，于是前往偵查，看到一隊日本鬼子在行軍，帶隊的連長命令立即投入戰斗，向鬼子的隊伍射擊。