亞第3軍的翼側，馬爾丁諾夫不等命令，主動改變行動方向，轉向西麵，從高粱地隱蔽機動到日軍近衛師的翼側，突然以刺刀白刃戰打退日軍近衛師，形勢轉而對俄軍有利。這是俄國軍官發揮主動性的罕見的一例。但俄軍東部集團指揮部不敢利用這一有利形勢擴張戰果，坐失戰機。
2月26日，日第4、第2軍開始進攻掩護通往遼陽的最捷徑的俄軍。中間突破受阻之後，日軍緩慢迂回俄軍右翼。庫羅帕特金擔心俄軍有被全部包圍的危險，乃下令全線撤至第2道陣地。俄軍撤至第2道陣地後，仍保持原來的部署，大部兵力作為預備隊，在一線展開的兵力不過40%，打法也仍然是等待日軍進攻。日軍的兵力部署也大體如前，企圖也仍然是圍殲俄軍。但接受前一段作戰的教訓——各路部隊攻擊時間不統一，使俄軍可以自由機動其預備隊），於3月1日以3個軍的全部兵力同時發起進攻。俄軍以馬克沁水冷式重機槍、火炮和刺刀頂住各路日軍的進攻。雙方激戰1整天，日軍被迫後撤。
日軍正麵進攻受阻，乃於當日（3月1日）夜間，派第1軍部分兵力（1.8萬人）偷渡太子河（到達右岸），31日晨迂回俄軍左翼（5萬餘人），與此同時加強對俄軍右翼的進攻。
3月2日整天，俄軍準備反擊日第1軍，為此在左翼集結了3個軍，企圖以迂回動作將日第1軍壓迫到太子河殲滅之。反擊定於3月3日開始。但3月1日夜間日軍進攻俄軍左翼集團，占領了該方向一係列重要的戰術要點，其中包括時官屯及其北麵的小高地饅頭山。在這種情況下，庫羅帕特金決定在實施全麵反擊之前，首先奪回饅頭山。為此分別從各個師抽出7個步兵團，但這支臨時拚湊的部隊缺乏強有力的統一指揮，戰鬥的重擔實際上落在伊斯托明指揮的1個團頭上，該團下轄7個營，其中3個營是從其他團抽調的。伊斯托明不顧當時的條令和習慣作法，將7個營中的5個營編入戰鬥隊，預備隊隻留2個營。戰鬥於3月3日19時打響，一直在黑暗中進行，雙方激烈爭奪。俄軍一度收複饅頭山，但日軍的反擊也十分的堅決。
而庫羅帕特金並沒有向後世曆史上那樣，放棄了反擊計劃，而是投入了更多的兵力，因為他及時得到了秘密渠道送來的情報，情報上說：日軍已投入全部兵力，並且遭到重大損失，尤其是第1軍單獨與俄軍強大集團相對壘，處境十分不利。最後，經過兩天的激戰，於3月5日夜，俄國徹底占領了饅頭山，日軍借著夜色撤出了陣地。
日第一軍兵敗饅頭山之後，立即撤回太子河右岸，與俄軍形成對峙。
庫羅帕特金差點就命令俄軍放棄遼陽，退守奉天，他從心底裡感謝這個及時的情報，但是當他詢問情報是哪裡來的的時候，情報官卻也給不出一個合理的答案，隻是說，聽山民講的，日軍損失慘重，可能支持不下去了，讓俄軍再加把勁，就能把日軍打垮。
庫羅帕特金怒吼：“山民的話能信嗎？”
情報官回答：“山民的情報讓我們占領了饅頭山。”
庫羅帕特金：……這次就這樣吧，下次不行。
在這次遼陽攻防戰中日軍損失2.4萬人，相當的慘重，俄軍損失了1.7萬人，應該說和日軍差不多。到戰鬥結束時，俄軍大部分預備隊始終未投入戰鬥。3月10日俄軍又向遼陽補充了兩個軍的兵力，日軍已經無力再組織兵力進攻了，隻好等待6月份國內的援兵到了之後再重新發起對遼陽的進攻。在此之前，要重新偵察好俄軍在遼陽戰線的兵力部署，為新的進攻提供依據。所以，剛剛成立的日清聯合偵察隊在這個時候被派了出去。分成多個小組，被派往遼陽到奉天的各個節點上。
吳佩孚作為日清聯合偵察隊的副隊長（正隊長是日本人），於3月15日夜，帶著六名手下悄悄地越過太子河，進入了俄軍的防禦前線。他們七個人沿著俄軍防禦線的邊緣前進，不動聲色的躲過了幾十波的俄軍巡邏兵，用了三天的時間，終於進入到俄軍防禦圈的內部，已經十分的靠近遼陽縣城了。然而，他們的好運也就到此為止了，因為數量更多的俄軍巡邏隊不斷出現在吳佩孚小組的前方，俄軍嚴防日軍偵察人員向已方防線滲透。
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同時，日軍還招募了很多當地的馬匪進行情報搜集，其中就有遼南馬匪馮德麟。日軍總司令大山岩，讓馮德麟組織東亞義勇軍，作為日軍的別動隊，除了負責不間斷襲擊俄軍之外，還負責搜集俄軍的部署情報。
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