Планом предусматривалось охватить правый фланг японских войск, нанести им решительный удар и вытеснить за реку Тайцзыхэ. Таким образом, железная дорога Дальний — Ляоян и водные коммуникации, питавшие японские войска, оставались вне зоны главного удара. Тыл японской армии не нарушался.
Главный удар русским войскам приходилось наносить в условиях гористой местности, что осложняло действия наступающей стороны. Это направление Куропаткин выбрал на том основании, что именно на востоке были сосредоточены «…наиболее закаленные и опытные в боевом отношении войска. С ними можно отважиться на многое, что не под силу войскам, незнакомым с местной обстановкой и с нашим противником…»11.
Однако созданная группировка русских сил не отвечала требованиям наступательной идеи. Восточный отряд генерал-лейтенанта Г.К. Штакельберга состоял из 1-го, 2-го и 3-го Сибирских корпусов и отряда П.К. Ренненкампфа (всего 86 батальонов, 50 сотен, 198 орудий и 32 пулемета). Он предназначался для нанесения противнику главного удара с фронта и правого фланга и наступал в районе Патядза — Хышинпу — Тайдямяуза. Первоначальной задачей отряда являлось овладение позициями противника у деревни Баньяпуза с дальнейшим продвижением к Бэньсиху.
Западный отряд генерал-лейтенанта А.А. Бильдерлинга, состоявший из 10-го и 17-го армейских корпусов и отряда генерала Л.М. Дембовского (всего 77 батальонов, 56 эскадронов и сотен, 222 орудия), выдвигался на линию реки Шахэ с целью осуществлять наступление вдоль железной дороги Ляоян — Мукден. По предписанию А.Н. Куропаткина в первые дни войска этого отряда должны были действовать лишь демонстративно.
Общий резерв русских войск состоял из 4-го Сибирского, 1-го армейского корпусов и отряда генерала П.И. Мищенко (всего 56 батальонов, 20 сотен и 228 орудий). Он располагался уступом в 12-километровом промежутке между Восточным и Западным отрядами. Фланги отрядов охраняла конница А.С. Мадритова у Хуайженсяна и В.А. Коссаговского у Куалитуня. Кроме того, на правом фланге Западного отряда находился 6-й Сибирский корпус, насчитывавший 24 батальона, 6 сотен и 96 орудий; 2 полка корпуса были оставлены для охраны укреплений Мукдена и Телина.
По решению Куропаткина наступление должны были поддерживать только 350 орудий, более 400 орудий оставались в резерве и обрекались на бездействие.
Таким образом, силы и средства русских войск были распределены не лучшим образом. Для нанесения главного удара выделялась всего четвертая часть имеющихся войск, примерно такое же количество сосредоточивалось на вспомогательном направлении. Половина всех войск находилась в резерве на охране тыла и флангов наступавшей группировки.
Японские силы к началу операции распределялись следующим образом. В центре между железной дорогой Ляоян — Мукден и Яньтайскими копями развернулась 4-я армия М. Нодзу (2 дивизии и 3 резервные бригады). На правом фланге, восточнее копей, находилась 1-я армия Куроки (3 дивизии и резервный полк). Левый фланг занимала 2-я армия Я. Оку (3 дивизии). Общий резерв — около 3 дивизий и тяжелая артиллерия — находился в Ляояне. Перед левым флангом 2-й армии к реке Хуньхэ выдвинулась 1-я кавалерийская бригада Акиямы, перед правым флангом к Баньяпузе разместилась 2-я кавалерийская бригада Канина. Гвардейская резервная бригада Умесавы (6 батальонов, 6 орудий) стояла у Баньяпузы.
Японское командование также постаралось обеспечить снабжение войск: железная дорога Дальний — Ляоян была перешита на узкую колею, благодаря чему улучшилась связь с незамерзающим портом.
Маршал И. Ойяма не ожидал наступления русских войск. С его началом главнокомандующий японскими войсками решил: изматывая русских огневыми боями с укрепленных позиций, перейти в контрнаступление.
22 сентября (5 октября) Маньчжурская армия пришла в движение на фронте Мукден — Фушун. Началось сражение у реки Шахэ.
23 сентября (6 октября) Западный отряд вышел на линию реки Шахэ и укрепился. В тот же день Восточный отряд начал охватывать правый фланг бригады Умесавы у Баньяпузы. На следующий день Восточный отряд производил разведку расположения противника у Баньяпузы, и его главные силы оставались в бездействии, хотя могли атаковать и рассеять бригаду Умесавы.
Против Восточного отряда японцы смогли выставить только 19 батальонов, 12 эскадронов и 48 орудий. Эти подразделения прибывали в район боевых действий в разное время. Русские войска могли без особых затруднений разгромить их. Однако генерал Г.К. Штакельберг, командовавший Восточным отрядом, действуя в соответствии с указаниями А.Н. Куропаткина, удерживал вверенные ему войска на месте.
Главнокомандующий японскими армиями маршал И. Ойяма еще 26 сентября (9 октября) выяснил, что русские войска появились перед всем фронтом японских армий. У него оставалась одна возможность — вырвать у русских инициативу. Для этого следовало перейти в наступление на левом фланге своих войск, оставив правый фланг без поддержки. Более того, не зная, что на правом фланге русских войск находятся 6-й Сибирский корпус и отряд Л.М. Дембовского, маршал Ойяма рассчитывал охватить его только войсками Оку. При этом маршал исходил из того, что русские ослабили свой правый фланг выделением больших сил на восток. Одновременно Ойяма собирался нанести мощный удар и в центре.
27 сентября (10 октября) по приказу Ойямы 4-я и 2-я японские армии выдвинулись вперед. 1-я армия осталась на месте: общий фронт японских армий зашел левым крылом несколько вперед. Дальнейшие события у Шахэ развивались при возраставшей активности японских войск.
На восточном направлении действия 3-го Сибирского корпуса и отряда Ренненкампфа нисколько не изменили обстановки. Новая атака скалы Лаутхалаза, предпринятая 28 сентября (11 октября), из-за неудачной организации была отбита японскими войсками. Русские войска в этом направлении поддерживали всего 38 орудий из 198, имевшихся при Восточном отряде. Японские войска с трудом удерживали свои позиции, их части перемешались, потери в личном составе также были весьма ощутимы. Но русское командование отказалось от дальнейших активных действий на восточном направлении и перешло к обороне.
В дальнейшем боевые действия на реке Шахэ протекали с переменным успехом, а 3(16) октября произошел упорный бой за Новгородскую и Путиловскую сопки. Обе сопки расположены на возвышенной местности, спускающейся к реке Шахэ у Сихэяна крутым обрывом. Шахэ при ее незначительной ширине и глубине можно было легко перейти вброд. Сопки были захвачены сборным японским отрядом в составе пяти батальонов и 30 орудий под командованием генерала Ямады.
Атака сопок стоила русским около 3 тыс. человек убитыми и ранеными. Отряд Ямады был почти уничтожен. Русские взяли 14 (9 полевых и 5 горных) орудий и пулемет12. Но частный успех русских войск в последнем бою за сопки не изменил общего итога Шахэйской операции. Противники остановились на занимаемых рубежах и приступили к укреплению своих позиций, находясь в состоянии позиционных действий до начала Мукденской операции.
Японское командование, не достигнув в операции на реке Шахэ решительных результатов и понеся значительные потери (по некоторым японским источникам, до 20 тыс. человек, из них убитыми 3951), отказалось от активных действий на ближайшее время.
