К этому моменту практически вся полевая артиллерия начинает испытавать снарядный голод. Для мортир не хватает гранат. Однако русские практически захватили всю вторую линию обороны японцев, за исключением нескольких опорных пунктов. В русском штабе принимают решение вводить в прорыв 3-ю армию, чтобы не дать японцам закрепиться на следующих позициях, которые затормозят наступление, как это было в июне. Также принято провести отвекающее наступление на позиции 2-й армии, дабы не допустить фланговых ударов со стороны японцев по вклинившимся русским частям.
11-13 августа вступили в бой части 1-го армейского корпуса (86-й и 88-й полки) и начинают продвижение вдоль железной дороги, где встречают упорное сопротивление частей 2-й армии (из состава 8-й дивизии) и резервной бригады (4-я армия). Принимается решение вводить в бой 8-й армейский корпус, дабы помешать оттягиванию частей 2-й армии на помощь Нодзу. 14-я пехотная дивизия начинает наступление на Чантуфу. Эти дни были наиболее опасными для наступающей русской армии, скоординированный удар по флангам 1-й армии со стороны Куроки и Оку могли отрезать вошедшие в прорыв части и окружить их, но к счастью для русских этого не произошло. Для парирования возможного удара в резерве армии держится 22-я пехотная дивизия из состава 1-го армейского корпуса, несмотря на указание главкома ввести в бой все наличные силы.
14 августа Ояма начинает понимать, что положение в центре становится катастрофичным, настроение в его штабе становится нервозным и принимает решение перевести резервную бригаду к позициям Нодзу, а также с целью отрезать вклинившшиеся русские части отдает приказ 1-й и 2-й армиям организовать встречный удар по флангам русских частей. Однако приказ запоздал, “паровой каток” русских частей уже набрал скорость. Русские начали вводить резервы - 4-й корпус против 10-й дивизии и резервной бригады, а также 19-й армейский корпус. В течении дня Куроки пытался силами 2-й дивизии и 5 бригады нанести фланговый удар по 2-й армии, но все попытки были отбиты частями 4-го Сибирского корпуса, причем с большими потерями для японцев (например 4-й пехотный полк потерял более трети своего состава), причем русские неоднократно переходили в контратаки, так например Енисейскому полку в результате контратаки удалось “на плечах” отступавших японцев ворваться на линию японских укреплений, вовремя введя резерв Куроки, сумел выбить русских обратно. К вечеру 17-я пехотная дивизия была усилена 67-м Тарутинским полком. На правом фланге Реннекампф пытался безуспешно атаковать позиции 14-й дивизии, но с большими потерями вынужден был отступить. Особенно большие потери понесли части 71-й пехотной дивизии.
16 августа вдоль линии железной дороги начинается наступление русских войск - частей 9-го и 1-го армейских корпусов. Наступление поддерживается нововведением русской армии - импровизированным бронепоездом “Генерал Келлер” вооруженным 88 мм полевыми орудиями и пулеметами, поддержанным железнодорожной артиллерийской батареей “Русь” имевшей 6 6” гаубиц Канэ (В начале войны находилась в Либаве, затем к середине июля прибыла на Дальний восток). Бронепоезд активно использовался в течении 3-х суток, затем был сильно поврежден и отбуксирован с позиций, дальнейшее участие после ремонта он принял только в конце операции. Железнодорожная гаубичная батарея приняла участие в боях в течении всей операции. За время боев потеряно два гаубицы из шести. У гаубицы N4 произошел разрыв ствола, а гаубица N1 выведена из строя прямым попаданием снаряда японской полевой артиллерии.
Попытка нанесения флангового удара силами 2-х бригад, усиленных частями 8-й и 5-й дивизий из состава 2-й армии Оку к успеху не привела, чему способствовало вовремя начавшееся наступление 8-го и 10-го армейских корпусов, сковавшего части 5-й и 8-й дивизий и своевременно введенный резерв 1-й армии - 22-й дивизии. Атака 8-го и 10-го армейского корпусов на позиции японцев была отбита. Одновременно частями 19-го армейского корпуса был прорван фронт 23-го пехотного полка на стыке 1-й и 4-й армий, полностью отрезана и окружена 6-я дивизия. Большую роль в окружении 6-й дивизии сыграл кавалерийский отряд ген. Сидорина, замкнувшего кольцо. Вместе с дивизией в окружение попал и сам генерал Нодзу, находившийся в это время на командном посту Окубо Харуно. Русские начали вести бои за овладение третьей линией обороны, не давая времени японской армии перебросить резервы и закрепиться на ней. Попытка 12 и 2-й дивизий 1-й армии Куроки деблокировать окруженных была вновь пресечена частями 4-го Сибирского корпуса, не помогло введение в бой гвардейской бригады. К вечеру фронт 4-й армии рухнул полностью. Ночью генерал Тэйби, командующий 10-й дивизией, не получая распоряжений от Нодзу, взял на себя командование остатками армии и начал отступление в направлении на Телин, с целью занятия Телинской позиции. Части, участвовавшие в наступлении (2, 3-й Сибирские корпуса, 1-й армейский корпус) остаются на своих позициях. Преследование начинают 4-й, 9-й и 19-й армейские корпуса. Ночью началось выдвижение частей 5-го и 13-го армейских корпусов, подкрепленных 1-й гвардейской дивизией. Отрядам Баумгартена и Сидорина было приказано начать преследование и выйти к Телину, отрезать отступавшие части и не дать закрепиться на новом рубеже.