Несмотря на жестокий обстрел японцев, артиллерия крепости не замедлила открыть не менее интенсивный ответный огонь. После часовой бомбардировки японцы пошли на штурм. Однако первый штурм крепости оказался неудачным.
После провала попытки захватить Порт-Артур «ускоренной атакой» генерал Ноги был вынужден отдать приказ о подготовке к овладению крепостью методом «постепенной атаки».
В августе на пополнение пехотных дивизий 3-й армии прибыло 16 тысяч солдат и офицеров. Осадный парк артиллерии был увеличен на двенадцать 47-мм корабельных пушек и на две патронные 6-дюймовые пушки. 31 августа в порту Дальнем был разгружен транспорт с шестью 11-дюймовыми (280-мм) гаубицами и боеприпасами к ним.
Перевозились 11-дм гаубицы только по железной дороге в разобранном на три части виде (не считая установочных элементов). Но, по версии Макдональда, японцы их тащили из Дальнего по грунтовой дороге, при этом каждую часть орудия волокло триста человек. Несколько забегая вперед, скажу, что 11-дм гаубицы японцы впервые применили 18 сентября 1904 г.
К 1 октября подступы японцев дошли до рва форта № II и гласиса укрепления № 3. 4 октября, усилив артобстрел на том же участке и сильно повредив укрепления, японцы повели штурм на форт № III и укрепление № 3, но были отбиты, удержав лишь переднюю часть капонира № 3 к востоку и вблизи форта № III.
К началу третьего штурма против гарнизона в двадцать тысяч активных штыков при 621 орудии японское командование сосредоточило около 70 тысяч штыков, 400 орудий и большое количество пулеметов.
Утром 13 октября японская артиллерия начала мощный обстрел намеченных целей.
Вначале более интенсивному огневому воздействию подверглись город, порт и батареи сухопутного фронта. Затем японская артиллерия стала постепенно усиливать свой огонь по укреплениям фронта главной атаки. Во второй половине дня огонь противника по фортам № II и № III, укреплению № 3, батареям литера А и Б, Заредутной, Курганной и Куропаткинскому люнету достиг высшего напряжения и продолжался до двадцати часов.
Под прикрытием огня артиллерии в 17 часов 2-й японский полк атаковал и без труда захватил часть траншей. Но развить атаку японцам не удалось. Они были встречены ураганным огнем противоштурмовых орудий, огнем пулеметов из укрепления № 3 и в панике бежали в ранее захваченные траншеи. Скопившиеся в траншее перед фортом № III подразделения противника были в большинстве уничтожены взрывами девяти фугасов, а остальные бежали в свои окопы.
В течение 14—16 октября японская артиллерия вела усиленный огонь по фортам и укреплениям фронта главной атаки. Одновременно пехота противника предпринимала атаки с целью захвата траншеи перед укреплениями. При поддержке огня своей артиллерии защитники укреплений переходили в контратаки и в рукопашных схватках отбрасывали японцев в исходное положение. В этих боях противнику удалось захватить лишь отдельные участки траншей перед фортом № III и укреплением № 3.
Отчаявшись захватить хотя бы одно из укреплений, генерал Ноги решил бросить в бой все наличные силы. С утра и до половины дня 17 октября артиллерия противника вела массированный огонь по укреплениям северо-восточного фаса крепости. За весь период обороны Порт-Артура этот обстрел был самым жестоким: японцы израсходовали свыше 20 тысяч снарядов, из них 1800 11-дм гаубичных. К началу атаки огонь достиг наибольшей интенсивности. От частых разрывов снарядов форты № II и № III заволокло пылью и клубами дыма.
Третий штурм японцев также закончился неудачей. Замечу, что официальные японские историки боевые действия 13—22 октября (26 октября — 1 ноября) не считали генеральным штурмом, а лишь «боями местного значения».
Под давлением Ставки генерал Ноги решил предпринять 13 ноября четвертый штурм крепости. К этому времени 3-я японская армия пополнилась 7-й пехотной дивизией и насчитывала в своих рядах около 50 тысяч человек при 500 действующих орудиях. Некоторые батареи морской и горной артиллерии японцы выдвинули вперед для ведения огня прямой наводкой.
Гарнизон Порт-Артура к этому времени представлял собой еще довольно внушительную боевую силу. По данным на 1 ноября, непосредственно в боевых порядках находилось 17 919 стрелков, 5625 артиллеристов и 1165 солдат и офицеров других родов войск. Кроме того, в общем резерве крепости было сосредоточено 1850 моряков. Хотя японцы на протяжении многих месяцев вели ожесточенный обстрел батарей и укреплений, в артиллерийском вооружении крепость также не имела больших потерь. К началу четвертого штурма на огневых позициях и в укреплениях насчитывалось 638 орудий. Пополнение батарей материальной частью шло за счет орудий, снятых с кораблей, а также ремонта орудий, поврежденных в бою.
Хуже обстояло дело с боеприпасами. В крепости числилось 231 565 снарядов в основном малого калибра. Что же касается орудий крупного калибра (6 дюймов и более), то к ним имелось весьма незначительное количество боеприпасов. Так, на одну 10-дюймовую пушку оставалось по 57 снарядов, к 9-дюймовым пушкам—по 157, к мортирам: 11-дюймовым—14,9-дюймовым— 43 и 6-дюймовым — по 100 бомб. Две трети запасов снарядов израсходовали батареи полевой артиллерии, и на каждое орудие оставалось только по 131 выстрелу. Такое положение с боеприпасами особенно тяжело отражалось на контрбатарейной борьбе: русская артиллерия должна была экономить боеприпасы, и поэтому не всегда удавалось подавить артиллерию противника. Японская же осадная артиллерия, как и полевая, не испытывала недостатка в боеприпасах.
Командование крепости отдало солдатам приказ собирать неразорвавшиеся 11-дм снаряды японских гаубиц. К ним в мастерских порта делали новые медные ведущие пояски, после чего снаряды выстреливали из наших 11-дм мортир обр. 1877 г.
В 8 часов 13 ноября японская артиллерия открыла сосредоточенный огонь по укреплениям северо-восточного фронта.
Под покровом темноты отряд генерала Накамуры (3 тысячи человек), сформированный из добровольцев различных частей, незаметно подошел к Курганной батарее, вооруженной шестнадцатью орудиями. Батарею прикрывал гарнизон, состоявший из пяти рот неполного состава общей численностью около 600 человек. Внезапно отряд был освещен прожектором Кладбищенской батареи и накрыт сосредоточенным огнем орудий форта № IV, Перепелиной, Зубчатой и Кладбищенской батарей.
На второй день после захвата Высокой японцы оборудовали там наблюдательные пункты и стали вести прицельный огонь из 11-дм гаубиц по хорошо наблюдаемым с высоты кораблям эскадры, стоявшим на внутреннем рейде. Положение эскадры стало гибельным. Необходимо было срочно выйти на внешний рейд, занять выгодное положение и дать бой кораблям противника или интернироваться в китайских портах. Однако командовавший в то время отрядом крейсеров контр-адмирал Вирен бездействовал, что и привело к окончательной гибели эскадры.
В октябре—декабре 1904 г. огнем японских осадных батарей было потоплено большинство кораблей 1-й Тихоокеанской эскадры, а остальные самозатопились.
Вечером 19 декабря шесть миноносцев, а также несколько паровых катеров вышли из гавани Порт-Артура. Миноносцы «Властный», «Статный», «Сердитый» и «Скорый» благополучно пришли в китайский порт Чифу, миноносцы «Бойкий» и «Смелый» — в германскую военно-морскую базу Циндао. На миноносцах были вывезены из Порт-Артура знамена русских войск и секретные документы. Ни один из пошедших на прорыв миноносцев и паровых катеров не погиб.