1904年11月26日-12月6日，日軍對旅順開始了第三次總攻擊。
這次總攻擊，日軍主要攻擊目標與之前幾次一樣，依然是是Б炮臺、庫羅帕特金多面堡、II號和III號堡壘、3號工事等，參戰約5萬人，而俄軍陸上各防線及預備隊總兵力17919人，在日軍主攻地段只有61個缺編連5717人。
日軍的150毫米臼炮陣地
11月26日8時起，日軍開始猛烈炮擊從十字山炮臺到А炮臺一線的東線工事。下午，日軍第11師團和第9師團開始向Б炮臺到3號工事一線發起總攻，兩個師團分別主攻東雞冠山北堡壘和二龍山堡壘。不過日軍的進攻被俄軍打退，這一天的戰鬥日軍傷亡4500人，而俄軍也同樣受到嚴重損失，僅陣亡就不少於1500人。
11月27日，第三軍變將主攻目標變更為爾靈山（203高地）。在日軍第二次總攻後，俄軍大力加固了原有工事，整個高地陣地分成三部分。高地上有兩個峰頂，右峰上有152毫米火炮，左峰上挖有連環工事，通過很深的交通壕與右峰相連，中央鞍部有暗壕相通連線左右兩峰以及其他塹壕。高地中央陣地是圍繞半坡挖的山坡環形塹壕，壕頂覆蓋鐵板、模板，再加上泥土；山根構有環形塹壕組成的陣地，這道塹壕無遮蓋。下層陣地前沿和兩道陣地間設有鹿砦和多列鐵絲網障礙物。上中下陣地有交通壕相聯絡。高地西北、東南兩面斜坡急，坡度急峻，攀登極為困難。整個守衛部隊有5個連。
準備進攻203高地的日軍
此外，周圍的夾山、平頂山和營山的防禦也對爾靈山的守衛有重要意義。平頂山守衛部隊8個連，築有4個野戰工事，其中4號多面堡最為堅固。在爾靈山左翼的夾山和平頂山右側的營山構築有野戰掩體。不過靠近兩山要衝地段有一大片死角區，鄰近的多面堡和炮臺都不能很好發揮火力。
11月27日，日軍已經成功將自己的平行壕挖到距離爾靈山環形壕150-200步處。從當天黎明開始，日軍280毫米榴彈炮和其他攻城火炮猛烈轟擊爾靈山和平頂山。到了17時，爾靈山的22個掩蔽部和西南破上的一段胸牆被摧毀。隨後，日軍第1師團加強第4預備旅團第38聯隊，第7師團第26聯隊的2個大隊開始向兩山發起一次次進攻。從晚上19時到21時，日軍幾次衝擊全部失敗。
203高地地圖
28日，由第一師團擔任203高地主攻。激戰一天，終於佔領高地東北山頂一角和老虎溝山山根環形塹壕。29日，預備隊第七師團投入進攻，30日下午5時西南陣地佔領。數小時後東北堡壘亦被佔領。俄軍隨即發起反擊，至12月1日，除了西南一角外，俄軍收復203高地所有陣地。在5天戰鬥中，俄軍傷亡2500人。
11月29日，滿洲軍總參謀長兒玉源太郎大將前往旅順，12月1日抵達。大山岩命令乃木希典交出指揮權，暫時由總參謀長兒玉源太郎指揮，12月1日兒玉抵達旅順。
12月1日至3日，日軍暫停攻擊，集中所有火力炮擊高地，山上43個掩蔽部只有2個未遭炮火毀壞，守軍傷亡極大。
日軍280毫米榴彈炮轟擊旅順
12月5日清晨，203高地攻擊開始，第七師團剩餘部隊和第一師團一部組成的突擊隊，攻擊203高地西南堡壘，上午10時左右完全佔領該堡壘。下午1時45分，對東北堡壘發起進攻，15時佔領東北山頂。戰至12月6日7時，203高地完全被日軍奪佔。為了攻佔該高地，日軍傷亡1.1萬餘人，僅第7師團就傷亡5788人佔全師團戰鬥人數（1.04萬人）的55.6%；而俄軍也傷亡了0.5萬人，僅僅第5團就傷亡了1282人。高地陷落，為旅順戰役轉折點。
第三次總攻擊日軍參戰步兵58個大隊、騎兵5箇中隊，野炮180門攻城炮206門其他火炮10門機槍73挺以及工兵17箇中隊，參戰總數6.4萬人，共陣亡5052人，負傷11884人；繳獲步槍830支小口徑炮3門俘虜5人。俄軍參戰步兵約31個大隊、騎兵1箇中隊，重炮132門輕炮442門野炮64門機槍32挺和工兵4箇中隊，參戰總數3.17萬人，戰死5380人，負傷近12000人，203高地的消耗戰耗盡了俄軍的預備隊。
日軍佔領203高地後設置的炮兵觀察所
高地攻佔後，日軍立刻設立了炮兵觀察哨，通過有線電話，指揮攻城炮兵部隊準確炮擊東西兩港內俄軍艦船。12月5日下午到12月9日，先後擊沉4艘戰列艦和2艘巡洋艦，俄國分艦隊基本被摧毀。
12月2日，旅順防禦戰核心人物康特拉琴科被日軍280毫米榴彈炮炮彈炸死，此後12月3日由弗克擔任陸上防線司令。12月11日，第11師團對東雞冠山北堡壘發起進攻。18日13時，攻佔東雞冠山北堡壘（II號堡壘）。日軍稱陣亡151人傷699人，繳獲火炮13門；俄守軍150人陣亡92人。
日軍繳獲的152毫米海岸炮
12月28日俄軍守軍實力大致如下
東部戰線：約0.5萬人，第一分隊0.12萬人駐守塔河灣附近小孤山和塔河多面堡、1號堡壘與А炮臺附近指揮所之間的戰壕；第二分隊0.12萬人駐紮在2號工事、Б炮臺、庫洛巴特金眼睛堡與小鷹巢附近護城牆；第三分隊0.2萬人保護2號側防暗堡對面的護城牆-後多面堡炮臺，3號堡壘的左側和後面，3號防禦工事的右側、古墓炮臺與鐵路之間、大鷹巢、岩石山、古墓炮臺和3號防禦工事。另外還有後備隊200人。
北部和西部防線部隊約有0.7萬人-其中後備隊600人
俄軍陣地
28日，第9師團對二龍山堡壘（III號堡壘）發起進攻，29日3時佔領陣地。日軍稱陣亡237受傷953人，俄軍陣亡300人以上，繳獲火炮45門。
31日9時，第1師團對松樹山堡壘（3號工事）發起進攻，11時攻克。在日軍的猛烈轟擊中，俄軍守衛隊幾乎全軍覆沒。日軍稱俘虜俄軍103人繳獲火炮14門，自身陣亡18人受傷169人。
1905年1月1日6時，日軍對重要陣地虎頭山望臺堡壘（大鷹巢炮臺）發起進攻。下午16時俄軍放棄陣地向雞冠山撤退。1月2日拂曉，弗克命令放棄小鷹巢、庫羅帕特金多面堡、Б炮臺等地。
日軍在旅順，面前是沉沒的波爾塔瓦號戰列艦
就在守衛部隊激戰之時，1月1日16時俄軍指揮部派出軍使與日軍洽談投降問題。1月2日19時俄方正式簽訂投降文書，俄軍尚有官兵3.24萬（其中軍官754人、傷病員5809人），火炮610門（要塞炮225門、原清朝舊炮41門、海軍火炮284門和野戰速射炮60門）和機槍9挺，各種炮彈207855發。日軍的資料是共俘虜41641人-其中將軍17人（傷病15307人），繳獲各種火炮528門各種槍支36598支炮彈206734發子彈5443240發。俄軍作戰中在戰場遺棄火炮78門，被擊毀和失去使用能力火炮249門。1月5日，旅順要塞司令官斯特塞爾出降。
整個旅順戰役，日軍參戰兵力累計13萬餘人，亡1.54萬餘人傷44008人（俄軍稱日軍傷亡11萬餘人，損失艦艇21艘，損傷艦艇15艘）；俄軍參戰兵力累計4.4萬餘人，亡1.08萬餘人，傷1.96萬餘人（投降時均被俘虜）。
1905年1月14日乃木希典為第3軍陣亡和病亡人員宣讀祭文
此戰雖然俄軍戰敗，但對今後軍事藝術發展起了重要作用。它表明衛戍部隊同海軍、野戰部隊組織密切協同，瀕海要塞才能進行勝利的鬥爭。它充分顯示了能夠抗擊敵方重炮轟及的永久性防禦工事（堡壘、工事和炮臺）的重大作用。它們是要塞防禦的基礎，一旦它們陷落，要塞便土崩瓦解。它還表明，能摧毀混凝土結構永備工事的大口徑炮作用與日俱增。而俄軍陸上防線火炮種類繁多，不能有效同日軍野炮、攻城炮作鬥爭，而只能作為一種抗擊敵步兵進攻的武器。海岸炮兵情況較好，裝備了許多新式火炮，但這些新式海岸炮設計方面存在很大缺陷，方向射界有限，不能支援陸上防線的炮兵。
這次保衛戰在某種程度上來說決定了戰爭的成敗。列寧也在1905年1月14日寫下了著名的《旅順口的陷落》一文。他認為，由於要塞的攻取，“日本人完全佔領了整個遼東，獲得了能影響北韓、中國和滿洲的無比重要的據點，騰出了擁有8-10萬人的配備有龐大的重炮隊的經過鍛鍊的軍隊來對付庫羅帕特金。這支重炮隊開抵沙河，將使日軍對俄軍的主力居於壓倒的優勢。”同時他還認為，旅順城下的軍事失敗是沙皇俄國整個政治制度行將崩潰的顯著標志。確如其所言，僅僅幾天之後的1905年1月22日俄羅斯資產階級民主革命爆發了!
俄羅斯發行的紀念日俄戰爭100年郵票
全文完