于是，川上操六先派了只派出一个团的小股部队，去跟俄国人交火，摸清了库罗帕特金的老底：俄国人有线电报只装备到军和集团军，师以下一律采用徒步或乘马通信，后勤保障情况的混乱惊人，在速射火力空前猛烈的条件下，俄军却特别强调刺刀白刃战。

摸清俄国人的底细后，川上操六大喜，俄国士兵在军舰的优势火力掩护下，从广岛的南边和西边开始登陆进攻，川上操六坚守了半天，放弃了平原阵地，将六万日军悉数撤退到东部的丘陵地区，库罗帕特金的俄军轻易占领了广岛的西部和南部阵地，很快控制了广岛城区，认为“日本士兵果然不堪一击！”

第二天午夜，日本的东乡舰队向广岛开进：三支驱击舰小队偷袭了在广岛的俄国舰队，在海岸灯塔和俄舰探照灯光照射下，日舰盯住俄国舰队，在近距离上发射了十六枚鱼雷，其中3枚鱼雷命中目标，重创俄国最好的舰只三艘。

巨大的爆炸声和炮声惊动了整个广岛城，当时俄国的军官却正在城里举行晚宴，在俄军总司令库罗帕特金的带领下庆祝，他们从广岛市抓了一百多名日本妇女当慰安妇，要她们脱光衣服，陪俄国军官喝酒跳舞。当广岛港外的要塞响起“轰隆隆”的炮声时，俄军并不知道港湾里出了什么事，俄军指挥部查问，下面回答说是实弹射击，直到黎明时，才发现港口附近被击中的船骸。

当晚，川上操六带着四万日军从广岛东部反攻，当时驻守的俄军将领扎苏利奇师部拥有近2万陆军、62门火炮，占领阵地已经多时，但并没有加强防御工事，部队分散配置在宽大的正面上，对日军进攻的方向胸中无数，只构筑一道绵长的堑壕，并且几乎不加伪装，占总兵力约半数的预备队，则配置在十公里以外，炮兵阵地完全暴露。

夜间，日军发动进攻，迂回俄军左翼，展开激战，俄军以炮火和反突击抵抗日军的进攻。但日军兵力占优势，其火炮从隐蔽阵地上发射，压制了俄军炮火，扎苏利奇害怕被包围，下令撤退，东西伯利亚第11步兵团被陷入优势日军的包围圈，经替战突围，伤亡过万人，俄军这才意识到问题的严重性，赶紧请求支援。

率领舰队增援的海军统帅、罗日杰斯特温斯基只具有帆船时代的作战经验，不懂钢甲战舰时代的海军战术，俄国舰队主力按兵不动，只出动了五艘舰艇加强俄军的右翼，被日本军舰拦截，在众寡悬殊的战斗中，全被日军击沉。

川上操六丝毫不给俄军喘息的机会，抓紧时间攻击广岛外围最后一道阵地，俄军的福克师八千余人，在该处一共只坚守了半天，就伤亡惨重，溃逃了，甚至连日本人也没有估计到俄军退却如此之快。

随后出击的一万哥萨克骑兵企图夺回这一阵地，但被日本炮兵团的强大火力猛轰，战马和骑兵被炸上了天，成了炮灰，伤亡过半，损失六千多人，库罗帕特金最后只好放弃广岛，狼狈退回马关附近，这一战，俄国人打前锋，伤亡三万多人，铁甲军舰八艘，对日本军人恨之入骨，发誓将来一定要血洗东京！