俄国第一集团军的快速深入让还未准备好的第二集团军提前从南面跨境，第二集团军有很多哥萨克骑兵，他们的推进速度很快，战术非常灵活，经常绕过德军的堡垒从后面发动突袭，德军被迫放弃阵地，然而第二集团军却因为补给问题变得行动缓慢，没有按照预定计划迅速向德军的侧翼靠近。
第二集团军的缓慢推进给了德军很多反应和部署时间，兴登堡甚至在俄第二集团军面前仅仅摆放不到一个军的兵力，剩下的主力与则与俄第一集团军展开激烈的厮杀，马可罗夫由于夜间推进速度过快，根本没有侦查周围地形，陷入了德军的火力圈之内，先头部队遭受重创。并且自己的两翼都出现了德国的身影，面对这种情况，马克罗夫没有害怕，反而高兴，因为德国的主力已经被第一集团军给拖住，他将麾下的三个军全部展开，就地防御，并给第二军团指挥官库罗帕特金发电，告诉自己的位置。
库罗帕特金接到电报后立刻加快速度，接连攻破德军三道防线。
战斗第四天，第二集团军已经深入德国境内一百多公里，俄军脆弱的补给线非常困难，除了运输等自身问题，还有德军小股部队骚扰和偷袭，但库罗帕特金已经顾不上了，因为胜利就在眼前。
然而此刻的第一集团军外围却只有不到三万兵力，剩下的德军利用夜色的掩护乘坐火车或者卡车快速向南转移，并在俄第二集团军的两翼展开。
十一月七日，第二集团军被一道坚固的防线挡住，库罗帕特金以为来到德军主力的侧翼，命令部队发动总攻，然而当面的德军防守非常顽强，加上有坚固的工事，俄军一时间难以突破。
激战了整整一天俄军毫无进展，库罗帕特金看着地图眉头紧锁。
“将军，德国的防御极强，我们的炮弹已经见底，粮食只能维持战士们半饱，如果再不突破，士兵们有崩溃的危险！”第二集团军的参谋萨姆索诺夫说道。
库罗帕特金用马鞭敲着桌子说道：“我当然知道咱们的麻烦，可是德军的防线一直无法突破，我看这样，你给马可罗夫将军发电，让他发起反攻，咱们两面夹击，另外命令第十二军，向西侧运动，进攻贡宾市，分散德军兵力！”
三个小时后，出击的俄第十二军还未抵达贡宾就遇到德军，这支德军由两个军组成，正准备进攻俄第二军团的左翼。
德俄两军当然不会有废话，立刻发生激烈的战斗，德军正在急行军，有些疲惫，但他们的粮食充足，吃得很饱，俄军就有些力不从心了，吃得半饱不说，刚刚跑了三个小时，困乏饥饿，德军熟悉地形，人数更占据优势，立刻展开要将俄军包围，俄军军长见状，不得不下令后撤，德军顾不得疲惫的身体拼命追击，他们很聪明，一个军继续向俄军左翼前进，另一个军则去抄俄军后路。
俄第二集团军指挥部，接到十二军败退消息的库罗帕特金大吃一惊，他没想到德军还能够反击。
“将军，情况恐怕不对，德军一定是得到了增援，要么就是其主力没有在第一集团军那里！”萨姆索诺夫分析道。
库罗帕特金看着地图，一道红色箭头正在向他的左边袭来，如果右边再出现德军，不管是哪一种情况，他的部队都有大麻烦了。
“立刻给古尔科元帅发电，请求援兵，护住我军的后背，如果没有援兵，请求后撤！”
沙俄统帅部很快发来回电，不允许后撤，即使是遇到德军的包围也必须坚守，古尔科已经命令第一集团军向第二集团军靠拢，准备兵合一处，然后再加上后方的预备军，绝对能够占领东普鲁士。
在不允许撤退的命令下，俄第二集团军只能就地防御，白白浪费的撤退时间，他们在第二天凌晨已经被德军完全包围。
马可罗夫接到统帅部的命令后一阵怀疑，他认为德军主力在自己这边，所以非常不情愿，造成行动迟缓，不光如此，他所在的德军防御地带有一片很大的湖区，长达五十英里，正是这个湖区将俄两个集团军分割开来，湖面上有很多德国的炮艇，俄军无法渡过，只能步行去支援，然而德军咬得很紧，马可罗夫撤退非常小心，极大地拖慢了前进速度。
德军包围住俄第二集团军后立刻发动总攻，俄军士兵连早饭都未吃被迫战斗，另外弹药也不足，尤其是炮弹，每门炮仅仅剩下不到半个基数。情况危急之下库罗帕特金顾不得统帅部的命令下令突围，因为已经断粮的他们根本无法坚守。
德第二十军负责堵截俄军，俄军已经孤注一掷，不想被消灭或者被俘就必须进攻，十三万俄军向不到四万人的德军发起亡命的冲锋，他们一度冲进德军的阵地，无奈被兴登堡紧急调来的五千预备役帮助二十军稳住了阵脚，俄军没有一鼓作气突破德军防线，加上两翼被逐渐压缩，士兵弹尽粮绝，终于崩溃了。在库罗帕特金的默许下俄军四散突围，然而四周都是德军的机枪封锁线，大部分俄军士兵最终还是选择了投降，库罗帕特在一处树林内饮弹自杀。
由于第二集团军的电报机被炸坏，无法通知第一集团军，仍在赶来，德军又巧妙的打了一次伏击战，马可罗夫虽然成功突围逃回俄境内，却折损近半。
由于这次大战在坦嫩贝格发生，就以这个名字命名。
坦嫩贝格战役持续十天，俄军参战三十万人，结果由于准备不足，指挥不当造成十三万人死伤，九万余人被俘，六百多门火炮被缴获，第二集团军全军覆没，第一集团军重创，对于刚刚有起色的沙俄是个不小的打击，自此战过后，沙俄再也没有主动进攻过德国，在德俄边境布置了四十万的守备部队后将主要作战对象放在奥匈帝国和土耳其身上。
德国参战兵力十八万人，伤亡两万余人，取得了一场大胜，兴登堡和鲁登道夫一战成名，二人很快被提拔为中将。
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