Япония со своей стороны активно готовилась к вооруженному столкновению с Россией. Правда, летом 1903 г. начались русско-японские переговоры о Маньчжурии и Корее, однако военная машина Японии, заручившейся прямой поддержкой США и Англии, была уже запущена. 24 января 1904 г. японский посол вручил российскому министру иностранных дел В.Н. Ламздорфу ноту о разрыве дипломатических отношений, а вечером 26 января японский флот без объявления войны атаковал порт-артурскую эскадру. Так началась Русско-японская война.
Соотношение сил на театре военных действий складывалось не в пользу России, что обусловливалось как трудностями сосредоточения войск на отдаленной окраине империи, так и неповоротливостью военного и военно-морского ведомств, грубыми просчетами в оценке возможностей противника. С самого начала войны русская Тихоокеанская эскадра понесла серьезные потери. Напав на корабли в Порт-Артуре, японцы атаковали находившиеся в корейском порту Чемульпо крейсер «Варяг» и канонерку «Кореец». После неравного боя с 6 крейсерами и 8 миноносцами противника русские моряки затопили свои суда, чтобы они не достались неприятелю. Тяжелым ударом для России стала гибель командующего Тихоокеанской эскадрой выдающегося флотоводца С.О. Макарова. Японцам удалось завоевать господство на море и, высадив крупные силы на континенте, развернуть наступление на русские войска в Маньчжурии и на Порт-Артур.
Командовавший Маньчжурской армией генерал А.Н. Куропаткин действовал крайне нерешительно. Кровопролитное сражение под Ляояном, в ходе которого японцы понесли огромные потери, не было использовано им для перехода в наступление (чего крайне опасался противник) и завершилось отводом русских войск. В июле 1904 г. японцы осадили Порт-Артур. Продолжавшаяся пять месяцев оборона крепости явилась одной из ярких страниц русской военной истории. Героем порт-артурской эпопеи стал генерал Р.И. Кондратенко, погибший в конце осады. Овладение Порт-Артуром дорого стоило японцам, которые под его стенами потеряли более 100 тыс. человек. Вместе с тем, взяв крепость, противник смог усилить свои войска, действовавшие в Маньчжурии. Стоявшая в Порт-Артуре эскадра была фактически уничтожена еще летом 1904 г. в ходе неудачных попыток прорваться во Владивосток.
В феврале 1905 г. произошло Мукденское сражение, разыгравшееся на более чем 100‑километровом фронте и продолжавшееся три недели. С обеих сторон в нем участвовало свыше 550 тыс. человек при 2500 орудиях. В боях под Мукденом русская армия потерпела тяжелое поражение. После этого война на суше начала затихать. Численность русских войск в Маньчжурии постоянно увеличивалась, однако боевой дух армии был подорван, чему в большой мере способствовала начавшаяся в стране революция. Японцы, понесшие огромные потери, также не проявляли активности.