進攻旅順口的日軍看到了清軍防線布局上的失誤和清軍各顧自己的情況后，長古川沾沾自喜，于是命令各大隊組織日軍增援于大山的日軍，集中優勢兵力將駐防清軍采取各個擊破的方法各個擊破。
清軍約4000人分兩隊向水師營東北高地和被日軍占領的于大山方面進發，準備攻擊于大山。到達于大山附近的盤龍山位置時進入戰斗態勢。向于大山日軍陣地發起炮擊。在炮兵掩護下清軍向碾盤溝南方高地迂回包圍，雙方互相猛烈對射，清軍炮兵的轟擊威力明顯壓制了日軍火力。
此時日軍野戰炮兵第一聯隊趕到，日軍士氣頓時高漲。雙方炮兵展開陣地炮擊戰，日軍炮兵彈著準確，清軍炮兵火力很快被壓制下去。增援于大山、金家屯附近的日軍支隊向碾盤溝西側迂回，企圖從側背包圍清軍。清兵發現日軍欲斷后路，防守陣勢開始動搖，接著放棄陣地倉皇逃跑。
防衛東雞冠山的徐邦道帶領的拱衛軍也遭到日軍相同的圍攻，徐邦道的拱衛軍堅強抗擊，日軍調集野戰炮兵火力拱衛軍堡壘群陣地炮擊，一時間雙方槍炮戰激烈。
武庫附近沖出清軍二百余騎兵和二百步兵企圖增援毅字軍，途中受到日軍猛烈阻擊將隊伍沖散，潰兵向旅順市街方向逃去。日軍攻勢兇猛，很快瓦解了清軍的防御陣地，日本援軍不斷涌來，隨后大坡山、小坡山、蟠桃山等炮臺也先后淪陷。
清軍中又出現了貪生怕死的敗類。駐守白玉山的衛汝成預備隊，因衛汝成自己率親兵逃跑，丟下所部無人指揮，士兵們也放棄了陣地，紛紛向海邊炮臺撤退，日軍不費力氣地得到了白玉山炮臺。
白玉山炮臺工事都建在峻峭的山峰上，居高臨下，侵犯的敵人在這種地形下進攻非常不容易，要攀爬山坡仰攻山上的守軍非常困難，防護工事里的炮手能夠輕易地將進攻的人擊斃。如此堅固的炮臺沒開一炮，就被他們輕易丟掉了。
被日軍擊潰的清軍，和各路潰敗下來的清軍撤退到旅順城。
駐守旅順的清軍指揮官姜桂題、徐邦道等把戰爭進展情況電告給李鴻章。
此時正值清朝慈禧太后舉辦六十壽誕，朝廷上下作為頭等大事，太后說：“今日令吾不快者,吾令其終生不快”意思就是“誰讓我的生日過不好，我就讓他活不好！”
日本軍隊從花園口登陸后，在慈禧太后慶典這一天攻占金州，然后在大連灣集結準備進攻旅順口，李鴻章接到前線雪片一樣飛來的電報，自己不能做主，卻心急如焚。想討一個說法，如此重大的事情，李鴻章把戰事情況報告給屬督辦軍務處，屬督辦軍務處不敢做主，而李鴻章和屬督辦軍務處都不敢報告給皇上和太后。
李鴻章他兵權在握，萬一日軍真的打到旅順，進而闖到直隸來危及北京，那自己便罪責難逃了。于是他以請求的口氣對恭親王說:“王爺，若等幾天后再奏，恐怕就晚了。日軍正在日夜進犯，時不我待呀!”
恭親王同李鴻章和眾大臣，趁太后看戲看得心情”高興的時候，突然上前，一起給太后皇上跪下施禮。恭親王李鴻章等長跪不起，一陣磕頭、請安。
慈禧有些明白了。大臣們每每久跪不起,定有重要軍政大事奏報。她臉上的笑容突然退去了大半,冷冷地道：“諸位大臣有什么事?就趕快講吧!第三出戲更好看,馬上就要開演了。”