Утром 8 августа солдатам был зачитан приказ главнокомандующего о начале наступления, в приказе главком призывал каждого “исполнить свой долг как это сделали русские моряки, смыть позорное пятно Мукдена”. В 5 часов начался артиллерийский обстрел японских позиций, такой концентрации артиллерийского огня еще никогда не было. 2-й стрелковый корпус начал выдвижение в сторону фронта, ему предстояло занять позиции 4-го Сибирского корпуса, против 1-й армии Куроки.
Части 1-й армии после 40 минутной артподготовки начали наступление на участке 4-й армии. 2-й Сибирский корпус начал атаку фронта 10-й дивизии вдоль линии железной дороги. 3-й Сибирский корпус выступил из под Нанчензо против 6-й дивизии. 2-я сибирская пехотная дивизия из состава 4-го Сибирского корпуса, начала наступление на Кайюань, пытаясь нащупать стык фронтов 2-й и 6-й дивизий японцев, остальные части 4-го Сибирского корпуса активных действий не вели. В течении суток шли попытки захвата линии японской обороны, к вечеру части вернулись на исходные позиции. На следующий день частям русской армии удалось захватить первые линии окопов и закрепиться там, несмотря на яростные контратаки японцев.
10 августа в 16 часов части 2-я сибирская пехотная дивизия и введенная в бой 2-я бригада из 3-й Восточно-Сибирской дивизии сумели, разрвать связь между 4-м и 29-м пехотные полками японцев, и выйти к Кайюаню. Кайюань представлял собой сильно укрепленный населенный пункт, с редутами и люнетами на подступах, практически населенный пункт был превращен в форт.
Ояма был в уверенности, что в центре русские наносят второстепенный, отвлекающий удар, аналогично его действиям под Мукденом, а основной удар будет наноситься в обход левого фланга, и не тронул резервные бригады из под Факумыня и Тундзякоу. Подтверждало это и донесения разведки о сосредоточении на левом фланге русских 6-го Сибирского корпуса и наличие крупных резервов в тылу 2-й армии (гвардейские, 13-й армейский и 5-й Сибирский корпуса). Хотя из под Сяотайцзы была передислоцирована 8-я бригада из состава 2-й армии ближе к железной дороги, на ее место переведена 1-я резервная бригада из состава 3-й армии.
На следующий день наступления в 4 часа утра великий князь Владимир Александрович выложил первый свой козырь - в бой были введена морская артиллерийская бригада и осадные мортиры. Со скрытно оборудованных полустационарных позиций открыли огонь 120 мм и 6” орудия морской артиллерийской бригады под командованием капитана 2-го ранга Лутонина. После артиллерийского обстрела, длившегося до 5 часов, в бой снова пошли части 2-го и 3-го Сибирских корпусов, усиленные частями 1-го армейского корпуса (37-я пехотная дивизия). Части 4-го Сибирского корпуса и 2-го стрелкового прикрывали наступление с правого фланга, от 1-й армии Куроки. В 15 часов 24-й Восточно-Сибирский полк, усиленный в течении боя 23-м Восточно-Сибирским и Читинским казачьими полками, под командованием Лечицкого, после ожесточенного боя занял Кайюань, выбив оттуда части 48-го пехотного полка. Штурм был очень тяжелым и кровопролитным, практически каждое здание приходилось брать штурмом. К 15 часам русские контролировали практически весь Кайюань, за исключением южной окраины. Полк потерял около трети состава, сам Лечицкий был ранен. Накал боев был таким, что раненых или пытавшихся сдаться японцев убивали на месте. Офицеры практически не пытались остановить озверевших от крови и потерь солдат, да и сами часто наносили “последний удар”.
19-й армейский корпус сосредоточился в районе Нанчензо. Начал приготовлению к вступлению в бой 9 -й армейский корпус.
5-я восточно-сибирская дивизия, пыталась прорвать стык между 13-м (6-я дивизия) и 10-м пехотным полком (10-я дивизия). Сопротивление японцев было упорным, русские части переходили в наступление несколько раз, но каждый раз откатывались обратно, наконец, в 16-00 17-му восточно-сибирскому полку удалось захватить оборону японцев. Успех был поддержан остальными частями 5-й восточно-сибирской дивизии, и после введения в бой Сретенского и Читинского полков русские начали оттеснять части 10-й дивизии к Мандаринской дороге. Нодзу вводит в бой пехотный полк из состава резервной бригады и ему удалось остановить наступление русских, в течении ночи японцы пытались организовать оборону на 3-й линии обороны, не отходя к телинским позициям. 6-я дивизия оказалась практически окружена под Кайюанем, стык между 6-й и 2-й дивизиями (1-я армия) обеспечивался всего лишь одним неполным 23-м пехотным полком. Части 2-го Сибирского корпуса, измотанные наступлением, поенсшие большие потери, занимают позиции, прикрывающие правый фланг наступающих войск.
К этому моменту практически вся полевая артиллерия начинает испытавать снарядный голод. Для мортир не хватает гранат. Однако русские практически захватили всю вторую линию обороны японцев, за исключением нескольких опорных пунктов. В русском штабе принимают решение вводить в прорыв 3-ю армию, чтобы не дать японцам закрепиться на следующих позициях, которые затормозят наступление, как это было в июне. Также принято провести отвекающее наступление на позиции 2-й армии, дабы не допустить фланговых ударов со стороны японцев по вклинившимся русским частям.
11-13 августа вступили в бой части 1-го армейского корпуса (86-й и 88-й полки) и начинают продвижение вдоль железной дороги, где встречают упорное сопротивление частей 2-й армии (из состава 8-й дивизии) и резервной бригады (4-я армия). Принимается решение вводить в бой 8-й армейский корпус, дабы помешать оттягиванию частей 2-й армии на помощь Нодзу. 14-я пехотная дивизия начинает наступление на Чантуфу. Эти дни были наиболее опасными для наступающей русской армии, скоординированный удар по флангам 1-й армии со стороны Куроки и Оку могли отрезать вошедшие в прорыв части и окружить их, но к счастью для русских этого не произошло. Для парирования возможного удара в резерве армии держится 22-я пехотная дивизия из состава 1-го армейского корпуса, несмотря на указание главкома ввести в бой все наличные силы.
14 августа Ояма начинает понимать, что положение в центре становится катастрофичным, настроение в его штабе становится нервозным и принимает решение перевести резервную бригаду к позициям Нодзу, а также с целью отрезать вклинившшиеся русские части отдает приказ 1-й и 2-й армиям организовать встречный удар по флангам русских частей. Однако приказ запоздал, “паровой каток” русских частей уже набрал скорость. Русские начали вводить резервы - 4-й корпус против 10-й дивизии и резервной бригады, а также 19-й армейский корпус. В течении дня Куроки пытался силами 2-й дивизии и 5 бригады нанести фланговый удар по 2-й армии, но все попытки были отбиты частями 4-го Сибирского корпуса, причем с большими потерями для японцев (например 4-й пехотный полк потерял более трети своего состава), причем русские неоднократно переходили в контратаки, так например Енисейскому полку в результате контратаки удалось “на плечах” отступавших японцев ворваться на линию японских укреплений, вовремя введя резерв Куроки, сумел выбить русских обратно. К вечеру 17-я пехотная дивизия была усилена 67-м Тарутинским полком. На правом фланге Реннекампф пытался безуспешно атаковать позиции 14-й дивизии, но с большими потерями вынужден был отступить. Особенно большие потери понесли части 71-й пехотной дивизии.
16 августа вдоль линии железной дороги начинается наступление русских войск - частей 9-го и 1-го армейских корпусов. Наступление поддерживается нововведением русской армии - импровизированным бронепоездом “Генерал Келлер” вооруженным 88 мм полевыми орудиями и пулеметами, поддержанным железнодорожной артиллерийской батареей “Русь” имевшей 6 6” гаубиц Канэ (В начале войны находилась в Либаве, затем к середине июля прибыла на Дальний восток). Бронепоезд активно использовался в течении 3-х суток, затем был сильно поврежден и отбуксирован с позиций, дальнейшее участие после ремонта он принял только в конце операции. Железнодорожная гаубичная батарея приняла участие в боях в течении всей операции. За время боев потеряно два гаубицы из шести. У гаубицы N4 произошел разрыв ствола, а гаубица N1 выведена из строя прямым попаданием снаряда японской полевой артиллерии.
