Так, наступлением русских 27 сентября началось сражение у реки Шахэ.
На второй день к вечеру части Второй армии вплотную подошли к бригаде Умесавы, стоявшей у Баньяпузы, угрожая ее полным охватом и уничтожением. В то же время отряд Рененкампфа, составлявший крайний левый фланг армии, вышел к реке Тайдзыхе в районе Бэньсиху, заходя за правый фланг японских армий. Перед ним расстилался прямой путь в незащищенный японский тыл. Прикрывающий его левый фланг конный отряд генерала Самсонова без боя занял Саньшаньцзы, выйдя передовыми дозорами к перевалу Тумынлин и фактически перехватив единственный путь отхода бригады Умесавы к армии Куроки. Но «с болью в сердце» приковавший себя к командному пункту в Хоушитае генерал Штакельберг приказал вместо наступления провести ненужные рекогносцировки вражеских позиций. Воспользовавшись остановкой русских, бригада Умесавы в ночь на 29 сентября незаметно оставила позиции у Баньяпуза и отступила. Отступающая бригада оттеснила русские дозоры от перевала Тумынлин, а посланные Умесавой известия о крупных силах русских, надвигающихся на бригаду, заставили Куроки отправить ей в помощь двенадцатую пехотную дивизию. Подходящие по частям силы японцев не сумели добиться успеха в вытеснении отряда Рененкампфа из Бэньсиху, хотя до подхода основных сил русских и выбили отряд Самсонова из Саньшаньцзы.
Неторопливое наступление русских корпусов дало возможность японцам оборудовать свои позиции окопами и установить на них орудия и пулеметы. Первые атаки русских были отбиты, кроме атаки Сводно-стрелкового корпуса на гору Лаутхалазы. В ожесточенном бою, неоднократно переходившем в штыковые схватки, части бригады Умесавы столкнулись с отборной казачьей горной пехотой, так называемыми «plastiyn»-aми, и, понеся большие потери, отошли. Спасло их от полного разгрома прибытие резервных частей от Куроки и слабость русской артиллерии. Новые русские горные пушки оказались весьма ненадежны, их система отката из двух гидроцилиндров часто рассинхронизировалась, выводя орудие из строя.
Наступление Первой армии также отличалось медлительностью. На второй день наступления ее части подошли к реке Шахэ и, выдвинув вперед арьергарды, приступили к оборудованию позиций. Затем главные силы перешли на позиции арьергардов, а те продвинулись вперед. К 29 сентября, оттеснив передовые дозоры японцев, Первая армия перешла реку Шилихэ и остановилась на полпути от Янтайских копей.
Японский главнокомандующий, наблюдая появление войск противника на всем своем фронте, решил перейти в контрнаступление. В ночь на 29 сентября командующие японскими армиями получили об этом приказ. Маршал Ойяма, вместо того чтобы выждать результаты атак русских на укрепленные позиции и усилить войска Первой армии Куроки, отражавшей навалившиеся на нее превосходящие силы русских, принимает смелое решение — добиться успеха, наступая на правое крыло наступающих русских войск. При этом он не имел сведений о резервах русских и стоящих за правым флангом Первой армии Сводно-Стрелковом корпусе и конной группе Дембовского.
Таким образом с тридцатого сентября развернулись упорные бои по всему фронту. Наступающие русские и наступающие японские войска сошлись на равнинах у реки Хуньхэ в многочисленных встречных боях, успех в которых колебался от одного противника к другому. В то же время главные силы японских Второй и Четвертой армий пытались выбить с занимаемых позиций Первую русскую армию. Однако упорные русские бородачи под предводительством одного из лучших русских генералов не уступали. Несущим большие потери японцам удалось охватить стоявший на правом фланге русской армии семнадцатый корпус и оттеснить его на четыре километра к реке Шилихэ. В центре и на левом фланге, куда русские спешно выдвинули часть своих резервов, фронт русских отодвинулся незначительно, не более чем на два, три километра. Генерал Оку, узнав о больших потерях и отсутствии продвижения пехоты, заявил, перефразируя Пирра:
— Еще одно такое наступление, и я останусь без армии.
В общем, японцы к вечеру оттеснили русских с примерно тридцатикилометрового фронта. Однако эта победа дорого стоила и принесла лишь незначительный тактический успех. Части Второй армии, на охватывающие действия которых делал ставку Ойяма, остановились, наткнувшись на свежие войска, располагавшиеся уступом за правым флангом русских войск. Более того, маршал опасался удара этой группировки, нависшей над открытым левым флангом его армий. Такая же обстановка была на правом фланге. Оценив состояние своих расстроенных боями войск и общую обстановку, Ойяма отказался от решительных наступательных действий и приказал перейти к маневренной обороне с отходом на основную укрепленную позицию.