时间已经到了9月12日，日军第一军在军长黒木为桢的亲自率领下，已经抵达了海城北面，如果被日军的第四军与第一军形成合围，俄军第4军2。6万人将无法阻止日军将近10万人的围攻。因此扎鲁巴耶夫毫不犹豫下令军队连夜向北突围，撤出海城。
9月13日，日军第四军向海城发起进攻，却发现海城空无一人，俄军逃向辽阳，而城中的中国老百姓早就逃入辽河以西了。
在东三省总督张荫恒和第三军团司令冉东的指挥下，在张作霖等本地军官的煽动下，辽东百姓逃入走着十之八九，这给日俄双方制造了极大的困难。这一场海城战役之所以比历史上迟了一个月才打响，其原因和中国人在辽东施行的坚壁清野有着很大的关系。
在得到一座空城之后，日军已经占领了辽阳以东和辽阳以南的全部地区，大山岩开始准备向辽阳发起进攻了。
库罗巴特金视辽阳为重要战略之地，俄军在辽阳及其外围构筑了大量的坚固工事，。
辽阳城防工事外围，俄军构筑了三道防线：
由鞍山东连高峰寺，大甸子、弓长岭、八盘岭、寒坡岭至红沙岭，为第一道防线。
由沙河镇东连四方台、汤和沿、孙家寨，左至石咀子的小山脉，为第二道防线。
距城防工事３—４公里，右由首山堡至方家屯、孟家房、虎头崖；左经太子河至施宫屯、黑英台、岩州城一线，为第三道防线。
而在辽阳城中，库特帕罗金把辽阳城墙凿成隧道１０处，在城外修筑很多公路，纵横如织。沿公路又修建了大量碉堡群，每个碉堡设炮数门。在碉堡外面挖掘堑壕，宽１．８米，深１．２米，壕内遍插木桩，或架设铁丝网，挖狼阱，埋地雷。在壕外，也架设铁丝网，设狼阱。在阵地背后，有甬道可通炮车。在太子河右岸土城丘上排列重炮，以掩护堡垒。
库特帕罗金等着日军一头撞在他的铜墙铁壁之上，早日收拾日军。
日本满洲军总司令官大山岩采取进攻战术，他指挥三个军，秣马厉兵，积极准备进攻辽阳。为了攻克辽阳，大山岩首先把满洲军总司令部移至海城。
9月15日，大山岩进攻辽阳作战计划形成：
第一军的主力在太子河左岸，从辽阳东面进攻俄军；
第二军（缺一个师团）从辽阳至海城铁路西侧地区进攻俄军；
第四军从辽阳至海城铁路东侧地区进攻俄军；
总预备队（一个师团）在总司令官的指导下，在辽阳至海城铁路附近的位置准备策应。
随后，大山岩将作战计划分法给各个部队，各部队按照指定计划开始调整军队后勤并将伤兵运回国内，日军的野战医院中伤兵遍地，前来视察的大山岩元帅也忧心忡忡，更让他担忧的是，这些天秋雨到来，导致道路泥泞不堪，后勤运输压力倍增。东北黑土地适合种植粮食，但相对松软的土地却让交通运输变得极为麻烦，日军得不到足够的补给，只能就地抢劫中国百姓获得补给。
得益于张荫恒与冉东的宣传，辽东十室九空，日军也得不到什么补给了，而俄国人依靠着铁路，反倒比他们压力更轻。这也是大山岩不顾伤亡猛攻的原因之一，他想要在冬季到来之前解决战斗，如果到了冬季，俄国可以从贝加尔湖的冰面上将武器弹药运到西伯利亚大铁路，俄国人将得到有效补给，最终拖死日本。
9月17日，大山岩得到满洲情报机关长青木宣纯的报告，中国军队将提前发起对俄之战，具体时间将定在9月20日，而不是9月25日。但是中国人并没有通知给日本人，或许中国人处于什么不可告人的秘密吧。从中日双方合作上来说，中国人虽然也希望打败俄国人，但是并不希望和日本人关系太深。尤其是在两个月前，中国军队已经将所有日本教官如数送回，尽管说增强了日本满洲军的实力，但是也从此之后将日本在中国军队的影响力降到最低。中国人从日本人身上学到了本事，然而日本人迄今为止还不知道中国军队的看家本领——当然，日本教官也不认为中国人有什么看家本领。