奉天会战是日俄战争中规模最大、历时最长、死亡人数最多的一场战役。
俄军撤出辽阳之后,在奉天(今沈阳)地区设防。由于经历了旅顺投降和沈旦堡进攻失利等一系列打击,俄军士气低落到了极点。
2月19日,日军发起了进攻,他们的目标是围歼俄军。日本人几乎投入了全部兵力。3月10日夜里,俄军在敌人的炮火打击下开始撤退。经过两个星期的激烈战斗之后,日军于3月10日进入奉天,但他们围歼俄军的计划未能得逞。
俄军撤退到奉天以北175公里处,在那里养精蓄锐,准备迎接新的战斗。但他们在那里一直呆到了战争结束。由于在奉天会战中损失惨重,日本人停止了进攻。日军元帅大山岩向东京报告说,他的军队缺兵少将,弹药不足,难以同实力日益强大的对手继续作战。日本人在会战中的兵员损失达到了7.2万人。
双方在这场战争中均未取得决定性的胜利,但日军在夺取奉天之后,宣布自己获得了胜利。
1905年8月9日,在美国总统西奥多·罗斯福(Theodore Roosevelt)的调停下,俄日在美国朴茨茅斯开始了和谈。双方于1905年8月23日签订了和约。
根据朴茨茅斯和约,俄国将萨哈林岛南部地区(在当时已被日本占领)让与日本,并将自己对辽东半岛和连接旅顺港与东清铁路的南满铁路的租借权移让给日本。此外,俄国还承认朝鲜为日本的势力范围。