奉天成为一个大漩涡，桂太郎和李涅维奇相继增兵，双方在奉天的兵力很快达到三十万，并持续增加。
库罗帕特金派出以骑兵为主力的攻击集群猛攻奉天左翼，日军第二军奥保巩部从奉天北进，试图挡住俄军的攻势，没想到俄军第二集团军此刻出击，迂回到日军右翼，这一行动大大出乎桂太郎的预料，他立即将川村景明的第五军调往右翼，并为其加强了三个预备队旅团，而这正是李涅维奇求之不得的。
日军的调兵使中路和左翼的兵力略显单薄，而俄军左翼库罗帕特金亲自率领的第一集团军利用骑兵的高机动和步兵机枪火炮的火力优势，对奥保巩的第二军实施突击，这一下使日军陷入困境，日军左翼只剩下一个师团的预备队，其左翼第二军要面对俄军两个军（510门火炮）的强大攻势。三路猛攻让日军不得不继续收缩兵力，奥保巩的第二军后撤，从而将奉天左翼拱手让人。
日军苦于弹药的缺乏，很难挡住拥有强大火力俄军的攻击，为了扭转不利局面，桂太郎决定利用儿玉源太郎的第三军，并从第二军和预备队抽调三个旅团，对俄军攻势最弱的右翼发动反突击。这支混合部队由儿玉源太郎统一指挥，并于7月5日上午开始。
儿玉源太郎曾桂太郎内阁时期的陆军大臣，日俄战争爆发后担任桂太郎的参谋长，旅顺战役时取代乃木希典担任第三军军长，并最终带领部队夺取旅顺。此人战术水平高超，为人冷静残酷，精于计算。
第三军对右翼的俄第二集团军发动突然攻击，俄军除第一集团军外，其余部队得到的华国物资并不多，而且火炮弹药等补充不足，士气没有得到根本性的提高。儿玉源太郎先是命令第一师团发起攻击，吸引俄军注意后命令第九、第十一师团和后备部队从俄军两翼夹击。第三军在缺少弹药的情况下，竟然将俄军第二集团军击溃，第二集团军直到退至铁岭附近才止住混乱局面。
俄第二集团军的失败让前期得到的优势化为乌有，日军第三军混合部队从右翼包抄俄军中路部队，眼看攻击失败，库罗帕特金立刻命令左翼派出一个军支援中路，终于将占据稳定，但由于第二集团军的失败，俄军的攻势不得不暂停。
凭借第一集团军的兵力是无法打下奉天的，李涅维奇将第二集团军司令解职后，立刻调集兵力增援库罗帕特金的第一集团军，并重整第二集团军。与此同时向华国发出求援电报，请求加大对俄军的物资支援力度。
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