旅顺监狱被攻克之后，就只剩下白玉山和旅顺火车站阵地。
由于旅顺火车站是日军的指挥部所在，并且和白玉山互为依托，因此也是旅顺城区守卫最为严密的阵地，日军共计在这里布置了5个联队，约2000余人，还有10余门各种火炮。
其实人民军也知道白玉山阵地的重要，因此在战斗一开始的时候，人民军就对白玉山进行过猛烈的炮击，不过乃木希典也不是无能之辈，既然已经认清了双方的优劣，自然也早已想好了应对方案，他在白玉山顶只留下一个中队守卫，而将大部份军队都留在火车站阵地，等人民军的炮击结束，向白玉山发动进攻时，再将大兵力投入到白玉山上防守。
而火车站阵地是以白玉山为屏障，因此遭到的炮击到并不严重，当然这也和人民军对火车站的炮击有所克制有关。因为旅顺火车站是中东铁路哈大线的终点，并且直接连通旅顺港口，海运的货物几乎是下船之后就可以直接上火车，是旅顺城区的一个关建枢纽，而人民军不希望对火车站造成重大的损毁，否则在夺取旅顺之后，将要花费相当的人力物力及时间来修复，因此将火车站定为禁止重炮炮击的目标。当然，由于火车站和白玉山是互为依托，只要是攻下了白玉山，火车站也就是垂手可得了。
不过在进攻白玉山时，人民军遭到了进攻旅顺以来最顽强的抵抗。在人民军向白玉山发动进攻时，日军己抢先一步，派两个联队在山上驻防。虽然日军无法在山上构建完善的阵地，但毕竟是占据了有利的地形，而且日军还有意将人民军放到半山腰，然后从山顶上冲杀下来，和人民军进行白刃作战，日军的刺刀战术本来就在人民军之上，又有居高临下的优势，因此自然是势不可挡，一个冲锋就将人民军的进攻给打算了。
人民军的指挥官见状，到也并不急于发动第二次进攻，而是呼叫炮兵，对白玉山再次进行炮击。而日军见人民军的炮击再来，立刻又将大军从山上撤下，仅仅只留下少数士兵在山头警戒，等人民军的炮击停止，再次发动进攻时，才又将军队调上山头驻守，结果再次击退了人民军的进攻。
这时人民军己占领旅顺绝大部份地区，日军的阵地只剩这一个，因此第1师调来了两个团，分派三个营，分别从三面进攻白玉山，又派出两个营，前后堵住火车站，海军陆战队也出动一营，隔着龙河，对火车站的日军进行火力压制。
而且人民军也吸取了前两次进攻白玉山失败的教训，并没有呼叫炮兵对白玉山发动炮击，而是改用迫击炮来协同配合步兵作战，迫击炮部队紧随在进攻部队的身后，层层进逼，并不断开火轰击山上的日兵，而步兵也不急于口气就冲上山头，而是充份利用迫击炮的火力掩护，徐徐向山头推进。
这一来日军果然就难以适应，不能再从容易的等着人民军进攻上来，因为迫击炮的炮弹不断的头顶上落下来，虽然迫击炮的爆炸威力不如火炮，但白玉山上也没有什么像样的阵地工事，就算是有也被2轮炮击给炸得差不多了，因此迫击炮也同样可以给日军造成沉重的打击。
但日军不能就这样等在山顶上挨炮，只能还不等人民军冲到半山，就主动向人民军发动了进攻，而这时三个方向进攻的人民军都才刚刚推进到白玉山的山脚位置。而日军主动冲下白玉山，反到是给了人民军机会，前排的士兵立刻组成线形阵列，举枪射击，不少日兵就这样倒在向山下冲的路线。
当然这样的线形阵列是不可能阻挡日军的冲锋，但毕竟能够给日军造成一定的损失，挫动日军的锐气，然后再迎上去和日军进行白刃作战。
由于白刃战的位置是在山脚下，因此日军也失去了居高临下的优势，而且在人数上也少于人民军，尽管刺刀术要强于人民军，但一时间双方杀了一个难分难解，势均力敌。
当然到了这个时候，战术己经没有作用，双方的指挥官也无能为力，比拼的是双方士兵的斗志、拼劲、技术、以及决心，日军在战前都是经过了动员的，大部份士兵都做好了必死的准备，而人民军的战士们也同样是经励了动员鼓励，而且人人心里都有必胜的决心，因此双方的士兵都表现得十分勇敢，视死如归，毫不退缩。刺刀与刺刀交击，*与枪杆发生激烈的碰撞，还有拳打、脚踢、头撞、抱摔等等，其间还夹杂着无数的枪击、爆炸、怒吼、惨叫、喝叱等声音。
双方激战了近1个小时，尽管到了这个时候，日军的拼劲和决心并不在人民军之下，但人数上的劣虏却渐渐扩大，原因就在于人民军有援军支挥，而日军却没有。