7日，日军兵不血刃，占领大连湾炮台群。
北洋海军保养基地旅顺建有陆地和海岸炮台群，海岸炮台群由总兵张光前、黄仕林的亲庆军
4100人驻守。陆地炮台群防务最初由宋庆部毅军负责，毅军调走后，临元镇总兵姜桂题、记名提督程允和新募了桂军、和军共4000人填防。另外原本由盛军统领卫汝贵的弟弟卫汝成在天津招募，准备开往平壤增援的盛军新兵3000人也从大沽海运加入到旅顺守军中。加之从金州、大连湾败退来的徐邦道拱卫军、赵怀业怀字军3600余人，总计旅顺防御兵力约14700人，除去驻守炮台操纵火炮的6000余人外，实际机动兵力仅有8000余人。
为了守住这座历经无数金钱和心血打造的军港，李鸿章殚尽心力。得知日本登陆花园口，李鸿章急调驻扎山东胶州湾的总兵章高元部嵩武军渡海增援旅顺，因遭到山东巡抚李秉衡的抵制，直至11月16日才得以登船出发。另一方面，李鸿章电商集结在辽阳外围一带的宋庆军，希望其派出兵力出击金州，掐断日本第二军的后方补给线，迫使第二军分兵回援，由此实施围城打援。18日，宋庆部军团在普兰店北方集结兵力，而同一天旅顺外围战已经打响。当天上午，日军先头侦察骑兵200余人到达旅顺外围土城子附近时，与前出到此设防的清军姜桂题、程允和、卫汝成、徐邦道等部3000余人遭遇，清军获得小胜后，就立刻退回旅顺方向。
20日，旅顺守军集结5000余人在石嘴子一带向日军集结地发起主动进攻，结果被日军压制而退却。
21日清晨，利用从国内运到的重型攻城炮助威，日军向旅顺发起总攻，采用集中优势兵力和火力的方式，将中国陆地炮台各个击破。炮台守军尽管顽强还击，甚至在椅子山炮台里还发起了惨烈的白刃战，但是每个炮台的驻防兵力过少，完全不是日军敌手，而且火炮所使用的炮弹多为实心弹，对日方并不能造成多少威胁。午后旅顺外围陆地防御崩溃，日军攻入市街，海岸炮台也相继失守，无路可退的清军转入巷战，和日军搏杀。此后至25日间，日军在旅顺共屠杀中国军民2万余人，制造了骇人听闻的旅顺大屠杀惨案。除总兵姜桂题、程允和、徐邦道、张光前等乘夜幕率一部军队突围而出外，其余旅顺守军大都惨遭毒手。
