1904年5月25日深夜，借助大雨天气的掩护，日军奥保巩大将指挥的第二军对金州城发起猛烈突袭，五个小时便攻破了金州城。紧接着，日军炮击南山上的俄军阵地，三个小时后，日军开始第一轮冲锋，不料在俄军居高临下的机枪火力网阻击下，日军伤亡惨重。10点，俄国的炮舰也驶入金州湾，2000发炮弹瞬间倾泻在日军阵地上，日军伤亡惨重，暂时撤退。
经过八小时的激战，俄军弹药已经不足了，第五狙击步兵团团长请求上司增援，上司的回答是：“枪毙几个胆小鬼，稳定士气。”而此时第五狙击步兵团剩下的士兵不足两千，却要对抗日军第二军三万五千人的进攻。日军此时战死人数已超过了四千，牺牲如此巨大，奥保巩大将仍拒绝休战，下令日军右翼第四师团从海水中蹚过，绕过俄军左翼，直取其后方。这次，战斗仅仅持续了半个小时，俄军南山阵地就宣告失陷。
南山战役结束，日本拟订的战略计划已初步达成，旅顺要塞与中国东北境内俄军主力之间的联系被切断，旅顺已成为一座孤城。按照常规，日本陆军此时只需配合日本海军联合舰队打击旅顺港内的俄军舰船就行了，而俄军舰队已经被日军联合舰队和水雷围困在旅顺港内，无法出海作战。但是日本人对俄军舰队的形势做出了误判，认为俄军舰队仍然具有出海作战的能力。日本人认为如果日舰强攻港口，由于在狭窄水域内无法机动，将会造成巨大损失，所以没有对旅顺港内的俄军进行围攻。特别是两艘战列舰在拦截俄军布防舰编队时触雷沉没，加重了日本海军省的疑虑，甚至传言俄军有潜艇参战。
加上俄国波罗的海舰队主力组成太平洋第二舰队绕过半个地球正在来援旅顺的消息传来，日本海军经过一番权衡，认为相比拿昂贵的军舰冒险，还是陆军的大兵更为廉价，于是向陆军施压，要求陆军占领旅顺军港。
忽悠陆军去送死
南山战役之后，接替奥保巩指挥旅顺会战的是被日本人奉为军神的乃木希典。
乃木希典在西南战争中，以少佐的身份为政府军效力参战，他的联队旗曾经被萨军夺取。乃木本来准备自杀向天皇谢罪，因为日本的联队旗都是天皇亲授的，但是被天皇赦免了，所以常怀忠君之心。
1894年中日甲午战争的时候，乃木希典是旅团长，曾经以一旅之众，付出阵亡十八人的代价，一天时间拿下旅顺。陆军此次让乃木出任攻打旅顺的司令官，是希望这一奇迹在十年后重现。陆军参谋本部告诉乃木，复制这一奇迹并不难，因为旅顺的要塞设施只是在清国旧阵地的基础上增加了一些壕沟而已，俄军并没有在旅顺永久驻扎的打算。
5月31日，日本陆军第三军正式编成，由乃木希典大将出任指挥官。乃木率领已经整编好的第一和第十一师团，开始扫清大连附近的俄军阵地。7月下旬，第三军集结完毕，总兵力5.77万人，火炮230门。
7月26日是日本的菊花节，为了向天皇献礼，乃木决定在这一天对俄军发动总攻。出征前，乃木向各师团、旅团、联队、大队，层层训话，忽悠将士们去跟俄国人拼命。经过一番苦战，第三军用两天时间就占领了俄军的大片阵地，旅顺要塞完全暴露在日军面前。至此，乃木取得了一系列夺目的战果，旅顺要塞的会战，看来真的会像乃木在出发前所宣称的那样，8月奏凯告捷。
其实，日本陆军参谋本部的情报工作非常差劲。就在陆军制订旅顺总攻计划的两周前，潜伏在中国山东的日本情报人员才发来了关于旅顺要塞的秘密情报。旅顺要塞的每一个堡垒都覆盖着周边方圆580米的阵地，均有既深且大的壕沟和高压电网保护着，堡垒内部设有多个炮台，炮台边上还有提供士兵退避的防护设施，更有通往壕沟的地下暗道，暗道与壕沟之间留有成排的孔洞，作为机枪扫射的枪眼，可以随时狙击进入壕沟的士兵。要塞所有的堡垒都是由混有鹅卵石的超厚混凝土进行加固。俄军旅顺要塞，已经由十年前清军不堪一击的陈旧要塞，脱胎换骨成为现代化的防御堡垒。尽管陆军参谋本部获得了这个情报，但为了配合海军，仍然向乃木下达了不可停止既定攻势的命令。
乃木本人到前线仔细勘察过旅顺要塞之后，才发现自己被参谋本部给忽悠了，认识到了旅顺要塞的威力。特别是高压电网环绕着的工事，还是日军头次见到，很多日军士兵一开始都把它当作普通的铁丝网，以致奋勇扑上去剪断它的时候被电击死，后面的人上去拉，也触电身亡。总之，旅顺要塞，易守难攻。
8月18日，乃木下令对旅顺要塞进行总攻。战至24日中午，连续六个昼夜残酷而徒劳无功的强袭之后，乃木下令停止总攻。此时日军已经伤亡1.58万人，却只夺下了几个小阵地，其他目标仍然掌握在俄军手中，失败情绪头一次从上到下笼罩了整个日本陆军。
乃木大将向参谋本部发去电报，称想以强袭手段夺取旅顺要塞，万不可能。
乃木希典被坑了
面对强攻遭遇的失败，第一师团参谋长新野大佐提出了一个迂回方案——如果能占领旅顺西北面的一座小山，就能从山上俯瞰整个旅顺港，可以此为据点，从要塞头上越过，直接炮击港内的俄国军舰。这座小山被命名为203高地。既然海军的主要愿望是消灭旅顺港内的俄国军舰，那么攻打203高地之后，就可以实现既定的战略目标。
9月16日，乃木下令进击203高地。日军在激战中使用了280毫米重榴弹炮，这种炮一共只有18门，但是威力惊人，炮弹重达250公斤，是当时陆地战场最大口径的火炮。因为炮弹发射后会产生一种类似火车鸣笛的呼啸声，有着巨大的精神震撼力，所以被称为“火车弹”。但即便是日军使出最先进的武器进攻203高地，也没能撕开俄军严密的防线，俄军甚至还对日军展开了速射炮密集火力的打击，日军又一次遭遇惨败，203高地山脚下的三个联队几乎全军覆没。
日军大本营一再向乃木施加压力，说俄国的增援舰队即将赶到，如果不能消灭旅顺港内的俄国舰队，一旦旅顺港内的俄国舰队与从欧洲赶来的增援舰队汇合，日本必将失败，后果不堪设想。大本营要求乃木赶紧攻下旅顺要塞。
乃木见炮击不能奏效，不能动于九天之上，就动于九地之下，转而采用挖掘地道的方式攻占203高地。日军坑道挖到俄军阵地底下之后，乃木下令总攻，可惜俄军早有察觉，他们或者开炮，或者抛掷炸药包阻拦日军。俄军还仿效日军，用开凿地道的方法，接近日军阵地，破坏日军的工事，使日军长达两个月的坑道战彻底失败。
11月3日是日本明治天皇的生日，战败的消息，使陆军参谋本部心生动摇，乃木希典被逼上了绝境。11月26日，在强大压力下，乃木下令总攻203高地。
在战后日本的报纸、小说、电影、电视剧中，203高地之战被描绘成一场惊天骇地的壮阔传奇，除了对马海战，没有哪场战役像203高地之战一样，被加上了如此众多的荣誉。
其实，没有哪场战役比203高地之战更没必要了。导致这场战役发生的原因只有一个，就是日本海军对俄国波罗的海舰队来援时间的误判。日本海军认为，俄军波罗的海舰队会在1905年1月到达日本近海。所以严重质疑乃木希典关于旅顺港俄国舰队已失去战斗力的报告，逼迫陆军向第三军下达进行203高地总攻的命令。
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