Дунганьхэцзы — Янюйчи, остальные войска, составляя левую колонну, перешли в наступление на Шицяоцзы — Цяньшицяоцзы. Правая колонна в своем движении противника не обнаружила. Левая колонна столкнулась с левофланговыми частями 4-й японской дивизии, которая выдвигалась к исходному положению для предстоящей атаки. Активные действия русских на фланге 2-й армии обеспокоили Оку, который усилил 4-ю дивизию четырьмя батальонами из резерва. Левой колонне русских удалось оттеснить два японских батальона, с которыми она вступила в перестрелку, но контратака японцев закончилась боем, в результате которого русские потеряли 1274 человек, в то время как японцы потеряли 469 человек. На этом демонстрация закончилась, и войска отступили за главную позицию.

После этого японцы начали атаку главной позиции, открыв огонь свыше двухсот орудий, который не прекращался весь день; однако огонь японцев против ляоянских фортов был мало эффективным. Фронтальная атака армии Нодзу успеха не имела: окопы укрывали русские войска от огня артиллерии. 3-я дивизия выдвинулась к Саньличжуан, имея за своим левым флангом 6-ю дивизию. Атака 4-й дивизии в этот день также встретила упорное сопротивление русских. Несмотря на неуспех атак японцев на Ляоянские позиции и возможность дальнейших попыток наступления крупными силами против Куроки, наступательная решимость Куропаткина к вечеру 2 сентября начала заметно угасать. Зарубаев жаловался на слабый резерв и недостаток снарядов, что не позволит ему долго держаться на своих позициях. Бильдерлинг доносил о неуспешной атаке Нежинской сопки. Отступивший в Лилиенгоу Штакельберг доносил, что корпус его утратил способность к активным действиям. Одновременно с этим поступали ложные сообщения от “двусторонней” агентуры о начавшемся наступлении на Мукден каких-то крупных японских сил со стороны Бенсиху, где в действительности действовала только резервная бригада Умесавы.

Последнее сообщение произвело особенно сильное впечатление на Куропаткина и повлияло на принятие им решения об отступлении “к Мукдену и далее”, а между тем общая обстановка сложилась для японцев крайне неблагоприятно. Куроки, который к вечеру уже был осведомлен о силах правобережной группы Куропаткина, опасался за исход дальнейших действий своих малочисленных усталых войск, испытывавших недостаток в продовольствии и снарядах. Переправа гвардейской дивизии, сдерживаемой 3-й пехотной дивизией, не удавалась. Неудачные атаки 4-й и 2-й армий закончились большими потерями.

В связи с общей обстановкой у японского командования созревало решение попытаться захватить Ляоян и в случае неудачи отступить за реку Шахэ-южную. Тяжелое положение правобережной группы японцев, имевшей перед собой крупные силы русских, побудило Куроки наметить отход за Тайцзыхэ в 6 часов утра, однако вопрос разрешился проще: Куропаткин еще в 4 часа утра разослал корпусам приказ об отступлении 3 сентября.

Приказ Куропаткина на отступление отражал стремление выиграть время для очищения Ляояна от скопившихся в нем многочисленных обозов и обеспечить беспрепятственную переправу 2-го и 4-го Сибирских корпусов через Тайцзыхэ с последующим уничтожением всех мостов. Группа Зарубаева должна была удерживать Ляоянские позиции до конца дня 3 сентября. Для обеспечения отступления Зарубаеву приказано было перебросить к станции Янтай отряд Кондратовича, который в составе 6 батальонов, 2 сотен и 8 орудий стоял к северо-западу от Ляояна в деревне Сяоинпань, для воспрепятствования переправе здесь японцев через Тайцзыхэ.

17-й корпус отводился на промежуточную позицию Инченцза — Чжансутунь, а 3-й Сибирский корпус должен был отходить, прикрывая направление на станции Янтай. Общее отступление прикрывалось 1-м Сибирским корпусом, который должен был оставаться в районе Лилиенгоу, составляя арьергард Манчжурской армии. Отступление правобережной группы Манчжурской армии облегчалось пассивностью Куроки, который ограничивался только слабым артиллерийским обстрелом русского расположения.

Большую активность проявили 3 сентября армии Нодзу и Оку. При содействии артиллерии, начавшей с утра громить ляоянские форты с близких дистанций, японцы перешли в атаку, прикрываясь гаоляновыми посевами. Передовые окопы русских позиций были вскоре захвачены, однако под огнем русской артиллерии движение японцев задержалось до 18 часов, когда обе японские армии возобновили решительную атаку Ляоянских позиций. К этому времени войска Зарубаева частично были переброшены на правый берег реки, что облегчило атаку японцев. К полуночи части 10-й японской дивизии уже занимали Юйхуанмяо, имея за своим левым флангом на этой же линии части 5-й дивизии.

В течение ночи войска Зарубаева переправились беспрепятственно на правый берег Тайцзыхэ, уничтожив мосты, однако железная дорога и железнодорожный мост через Тайцзыхэ остались невредимыми. Между тем бригада Умесавы, которая еще 1 сентября заняла Санцяцзы, отбросив отряд Любавина (8 батальонов, 8 сотен, 4 орудия), двинулась к Янтайским копям. Любавин отошел, не попытавшись даже выяснить силы своего противника. Возможность выхода в тыл многочисленной Манчжурской армии четырех батальонов Умесавы крайне обеспокоила Куропаткина и вызвала с его стороны ряд мероприятий, в результате которых на фронте станции Янтай — Тумынцзы было сосредоточено 2 батальона, 19 сотен и 8 орудий, причем эта мощная группа не только не получила задачи по уничтожению резервной японской бригады, но оборона ее на пятикилометровом фронте признана была малоустойчивой по численности группы, и Куропаткиным было сделано распоряжение о значительном ее усилении.

По размокшим от дождя дорогам отступала Манчжурская армия, не преследуемая японцами. Вошедшие в Ляоян и его окрестности 4-я и 2-я японские армии начали подготовку переправ через Тайцзыхэ и устраивали свой тыл, пополняя запасы, истощившиеся в предшествующих боях. 6-я и 4-я дивизии получили приказание переправиться, имея в виду преследование, однако в этот день они еще оставались на левом берегу Тайцзыхэ. Одна гвардейская бригада была уже на правом берегу реки, но активности она не проявила. Армия Куроки по обыкновению не заметила отступления русских, и оставалась на месте. Связь Куроки с главным командованием была нарушена. Только к 14 часам Куроки, узнав о занятии Ляояна войсками Оку и отступлении русской армии, отдал приказ о преследовании, направив 12-ю дивизию на Сандепу, а 2-ю на Лотатай, оставаясь с остальными войсками у Нежинской сопки; однако запоздалый приказ Куроки не был в этот день выполнен. Лишь бригада Умесавы подошла в сумерках к Тумынцзы и вступила в перестрелку с выдвинутым сюда отрядом, численность которого в течение ночи была доведена до 15 батальонов, 19 сотен и 14 орудий.Манчжурская армия отступала беспрепятственно. Арьергард отходившей армии — 1-й Сибирский корпус — только ночью 6 сентября столкнулся у Сяодаляньгоу с 12-й японской дивизией, которая была с потерями отброшена после нескольких штыковых контратак. 7 сентября Манчжурская армия была уже за рекой Хуньхэ, имея на южной стороне этой реки 10-й армейский корпус. Японцы остановились на линии Паньлашаньцзы — Янтайские копи — Фаншен — Ляоян, имея армию Куроки уступом впереди.

Обстановка после ляоянского сражения

После Ляоянского сражения русские войска отходили и северу. Куропаткин не предполагал задерживаться у Мукдена, намереваясь отойти к Телину. В своем стремлении отдалить последующее столкновение с японцами Куропаткин готов был пожертвовать сосредоточенными в Мукдене крупными запасами и питавшими железную дорогу Фушунскими каменноугольными копями. Однако ряд обстоятельств побудил Куропаткина задержаться под Мукденом. Решающее влияние на это оказал Алексеев, действующий в соответствии с политическими соображениями. Он находил крайне невыгодным немедленное очищение Мукдена, “что будет слишком большим торжеством для неприятеля и значительно усилит престиж Японии для всего здешнего Востока и для Китая в особенности”.Вместе с тем Алексеев настаивал на необходимости вторичной попытки оказания хотя бы косвенной помощи Порт-Артуру. Отсутствие преследования со стороны японцев и советы командира 10-го корпуса генерала Случевского, нашедшего позиции под Мукденом весьма удобными для обороны, вызвали окончательное решение Куропаткина остановить армию на линии реки