10 марта 1905 года японские войска нанесли поражение русским армиям в многодневном Мукденском сражении (19.02.05 — 10.03.05)
После капитуляции русского гарнизона Порт-Артура (декабрь 1904) и неудачи январского наступления русских войск на Сандепу стратегическая обстановка в Маньчжурии стала неблагоприятной для русской армии. Японские войска (главнокомандующий маршал И. Ояма) были усилены 3-й армией, переброшенной из-под Порт-Артура, и их силы составили 271 тыс. штыков и сабель, 1062 орудия, 200 пулемётов. Три русские Маньчжурские армии (главнокомандующий генерал А. Н. Куропаткин) имели 293 тыс. штыков и сабель, 1475 орудий, 56 пулемётов; русские войска равномерно располагались на 140-км фронте. Японское командование планировало наступлением 5-й и 1-й армий на правом крыле фронта (восточнее Мукдена) отвлечь резервы русских войск, а затем нанести главный удар юго-западнее Мукдена силами 3-й армии с целью охвата правого фланга русских войск. Русское командование также готовило новое наступление на Сандепу силами 2-й армии.
Однако японцы упредили наступление русских войск: в ночь на 19 февраля 5-я армия генерала К. Кавамуры перешла в наступление и 24 февраля оттеснила русский Цинхэчэнский отряд к Далинскому перешейку, и далее японские части стали развивать успех в северном направлении. 24 февраля в наступление перешла 1-я японская армия генерала Т. Куроки, однако до 3 марта она не смогла прорвать оборону 1-й русской армии генерала Н. П. Линевича. Куропаткин, считая, что здесь противник наносит главный удар, уже 25 февраля направил почти все резервы на поддержку 1-й армии и Цинхэчэнского отряда. 26 февраля начала наступление 3-я японская армия генерала М. Ноги. Её движение было обнаружено русской кавалерией 27 февраля, но Куропаткин 28 февраля направил в район северо-западного Мукдена только одну бригаду. Лишь 1 марта, когда выяснилась угроза обхода правого крыла русского фронта, он приказал 1-й армии вернуть направленные ей подкрепления: для прикрытия Мукдена с запада был наспех образован сводный корпус генерала Топорнина, а 2-й армии генерала А. В. Каульбарса было приказано нанести контрудар, но её силы оказались скованными атаками 2-й японской армии генерала Я. Оку, которые начались 1 марта.
Обходящие колонны 3-й японской армии к исходу следующего дня 2 марта повернули на Мукден, но встретили упорное сопротивление войск Топорнина. Тогда Ояма спешно перегруппировал 3-ю армию, усилив её частями с пассивных участков и резервами, после чего продолжил наступление. Контрудары 2-й русской армии 5−6 марта этому продвижению воспрепятствовать не смогли — они были плохо организованы, проводились разрозненно, недостаточными силами и окончились неудачей. 3-я японская армия продолжала развивать успех в направлении Мукдена, что заставило Куропаткина вечером 7 марта начать отвод армий на р. Хуньхэ с целью сокращения фронта. Управление войсками было дезорганизовано, и попытки начать 9 марта новое контрнаступление против 3-й японской армии также провалились.
В тот же день японцы прорвали фронт 1-й русской армии у д. Киузань, и над русскими войсками нависла угроза окружения. В ночь на 10 марта они начали общий отход на Телин. Несмотря на трудную обстановку, основным силам русских войск удалось отойти к Телину, а затем на Сыпингайские позиции. Из-за неспособности царских генералов организовать чёткое управление войсками и быстро принимать необходимые меры для противодействия противнику русские армии потерпели поражение. В Мукденском сражении русские потеряли 89 тыс. чел., в том числе около 30 тыс. пленными; японцы — 71 тыс. чел. Поражение русской армии под Мукденом имело большое значение для исхода войны в пользу Японии и в развитии Революции 1905—07 в России.