Кроме того, в последней декаде декабря японцами впервые был произведен артиллерийский обстрел крепости и гавани с суши. Его результатом стали повреждения, полученные броненосцами "Ретвизан" и "Победа". Флот ответил на это активизацией контрбатарейной борьбы, компенсируя отсутствие авиаразведки максимально возможным в условиях лимитированных запасов в крепости увеличением количества металла, выпускаемого по выявленным позициям японских орудий. При этом в ход пошли даже сохранившиеся на складах устаревшие чугунные снаряды, которые, как и в довоенных опытах, демонстрировали неприятное свойство порой раскалываться в воздухе. Но это был вынужденный шаг - более "свежие" боеприпасы Макаров по возможности приберегал для очередного генерального сражения с флотом Того, в неизбежности которого он не сомневался.
23 декабря японцы смогли занять высоту Сяогушань. Дальнейшее их продвижение было остановлено русской обороной, поддерживаемой с моря из бухты Тахэ огнем кораблей Тихоокеанской эскадры. Спустя шесть дней русские вынуждены были оставить высоту "Сиротка", а 2 января 1905 года части 1-й пехотной дивизии 3-й армии Ноги взяли поселок Сигоу в пяти верстах севернее Порт-Артура. Еще через пять дней японцами был взят русский опорный пункт на высоте "Угловая" (N 169) и поселок Сигоуцитунь в трех с половиной верстах к северу от крепости.
8 января начались сражения за гору "Высокая" (высота N 206), форт N 2 и редут "Куропаткинский". Русским войскам удалось отразить все атаки, при этом сражение продолжалось и ночью при свете прожекторов. Японцы отыгрались, тремя днями позже взяв высоту N 174, однако их совокупные потери в ходе декабрьско-январского штурма крепости были весьма велики - около 15 тысяч человек, целая дивизия. Оборонявшиеся русские в этих боях потеряли убитыми и ранеными примерно 6 тысяч.
На следующий день после взятия высоты N 174 считающий врага близким к окончательному поражению Ноги направил в крепость парламентера с предложением сдать Порт-Артур японским войскам. Предложение было отклонено - у русских имелось свое мнение по поводу возможностей дальнейшей обороны крепости и целесообразности продолжения ею сопротивления, кардинально расходящееся с позицией японского командующего.
К следующему, третьему по счету штурму крепости войска Ноги смогли приступить только 2 февраля, когда в очередной раз довели свою численность до штатной и пополнили истраченные в предыдущей попытке запасы военного имущества.
5 февраля в результате непрекращающихся атак армия Ноги смогла занять редут "Кумирненский". В боях за него блестяще проявил себя старший минер с "Баяна" лейтенант Н.Л.Подгурский, предложивший использовать для стрельбы по неприятельским позициям, кое-где отстоявшим от русских окопов всего на 50 шагов, метательные минные аппараты, снятые с паровых катеров. Первые же боевой выстрел этого оружия произвел большое опустошение во вражеских окопах. Полезный опыт получил свое распространение, и всего на разных участках сухопутного фронта было установлено до восьми подобных эрзац-"минометов", применявшихся до самого конца обороны крепости.
Здесь же было опробовано еще одно детище Подгурского - морские мины заграждения, приспособленные для скатывания на неприятельские позиции. Подрыв их заряда, усиленного до 6 пудов пироксилина, производился с помощью огнепроводного шнура. Вечером 3 февраля одну такую мину доставили на редут и ночью с помощью специально изготовленного деревянного лотка скатили на японские позиции. Эффект от ее взрыва был страшен - большой участок неприятельской траншеи полностью разрушило, среди японских солдат возникла паника, а на самом редуте воздушной волной "погасило все огни". Впоследствии подобное оружие применялось защитниками Порт-Артура еще не единожды, и всякий раз - с неизменным успехом.
6 февраля части 9-й пехотной дивизии японцев взяли северные укрепления русских войск - редуты "Водопроводный" и "Скалистый", но высота N 206, ключевая позиция русской обороны, выдержала все атаки. Спустя еще четыре дня японское наступление выдохлось, после чего 3-я армия Ноги перешла к обороне на занятых рубежах и подготовке нового штурма.
Очередной штурм крепости начался 3 марта. Японцы попытались одновременно атаковать северные и восточные укрепления русских, но успеха подобное распыление сил им не принесло и 5 марта они вынуждены были прекратить наступательные действия. Русские войска сохранили все свои позиции, однако не избежали одной большой потери - в ходе штурма японским снарядом осадной 280-мм мортиры был убит находившийся в форте N 2 главный организатор обороны Порт-Артура генерал Р.И.Кондратенко, погибла и часть офицеров его штаба.
Начальником сухопутной обороны вместо погибшего Кондратенко был назначен генерал В.Н.Горбатовский, тоже весьма опытный командир, действовавший на новом посту вполне в духе своего предшественника.
22 марта русскими была отражена еще одна атака на северные укрепления и редут "Куропаткинский", штурмовавшие их японские войска потеряли 14 тысяч человек. Главным призом японцев в этом сражении стал захват 1-й пехотной дивизией русского опорного пункта на горе "Длинная", с которой можно было частично наблюдать внутренний рейд и корректировать огонь осадной артиллерии по стоящим на нем кораблям. Своим успехом противник не преминул воспользоваться, что уже на следующий день ощутил на себе броненосец "Слава", получивший два 280-мм снаряда. Макаров ответил на это огневыми налетами на захваченную гору и предполагаемые зоны развертывания осадных батарей, выводом части кораблей на внешний рейд и рассредоточением прочих в места, недоступные для обсервации врагом.
Разумеется, японцев такое положение дел не устроило, и 25 марта части 3-й армии после массированной артиллерийской подготовки начали штурм обороняемой русским гарнизоном полковника Третьякова (2 тысячи человек) и сводными отрядами моряков горы "Высокая", с которой могла просматриваться вся внутренняя гавань. На ее взятие противнику понадобилось шесть дней непрерывных атак. Отряд Третьякова в ходе штурма был уничтожен полностью, японцы же потеряли в этом деле 12 тысяч человек.
Вместе с тем, отчаянные усилия врага по овладению высотой N 206 не окупились - именно в тот день, когда она перешла в руки японцев, Тихоокеанская эскадра вышла из Порт-Артура на прорыв во Владивосток. В результате то, что должно было стать большой победой и началом конца базирующихся в крепости русских кораблей, превратилось просто в еще одну точку на карте, занятую японскими войсками.
Несмотря на уход эскадры, оставшиеся в крепости русские силы, возглавляемые генералом Горбатовским, продолжали сопротивление в течение еще почти трех недель. Развязка наступила только 20 апреля 1905 года, когда части 11-й пехотной дивизии 3-й армии генерала Ноги в ходе начатого двумя днями ранее очередного штурма крепости и непрерывных кровопролитных атак смогли занять гору "Большое Орлиное Гнездо". К тому времени большая часть защитников Порт-Артура была убита или находилась в госпиталях (всего в крепости оставалось не более 10 тысяч более-менее боеспособных войск), запасы амуниции и продовольствия также были практически исчерпаны. С учетом этого в ответ на предъявленный японцами в тот же день ультиматум командующий Квантунским укрепрайоном генерал Стессель после экстренно проведенного военного совета, на котором большинство его участников констатировали невозможность дальнейшего сопротивления, отдал приказ о сдаче крепости. Перед ее капитуляцией с донесениями командованию, архивами и знаменами частей в Чифу прорвались два придерживаемых в Порт-Артуре как раз с этой целью миноносца-"сокола". Прочие остававшиеся в гавани суда были затоплены или приведены в негодность с помощью взрывчатки.
Таким образом, осада Порт-Артура завершилась. Теперь армия Ноги могла выдвигаться к основным силам маршала Оямы, чтобы вместе с ними попытаться переломить не слишком благоприятный к тому времени для японцев ход военных действий в Манчжурии...