由于日军的海上运输线被海南舰队切断，弹药严重不足。日军满洲军的总参谋长儿玉源太郎建议，将辽阳的日军退至奉天与海南大军展开决战。日军的补给可以从朝鲜半岛这条线路进行补充。
开始，乃木希典坚决不同意儿玉源太郎的决定，极力主张进攻战略。但是，大山岩司令官考虑到日军的现实情况，最后，同意了儿玉源太郎的建议，要求日军第三军有计划的逐步向辽阳回缩，最后退至奉天一带，与驻守在奉天的第二军和第三军会和，准备与海南大军在奉天进行最后的决战。
满洲军司令部大山岩之所以这样的安排，其实是日军大本营的决定。
自日军联合舰队被海南舰队歼灭之后，日军大本营争论异常的激烈。
日本国内以山县有朋为代表的一方坚持继续向辽东半岛增兵，他们认为，此次日俄战争中，日军因为在辽东的战绩得到了世界的尊重，日本不应放弃辽东。若因此而退出辽东，日本在国际上将会颜面扫地。
另一方是以伊藤博文为代表的日本的朝鲜半岛核心论的倡导者。他们认为，日本发动日俄战争的主要目的是为了获取朝鲜半岛的控制权。
如今，朝鲜半岛已经掌握在日本人的手里，已无需劳民伤财继续在辽东消耗国力。况且，日本的国内现在已经到了极度艰难的状态。
伊藤博文认为，若日军还在辽东打这种无谓的消耗战，极有可能将日本到手的果实葬送了。国内矛盾日益增加，现在，最好的结果就是从中国的辽东撤军，退守朝鲜半岛。
双方争论的最终结果是，日军在奉天与海南军队最后一战，根据战争的最后结果，再定论日本是否放弃辽东半岛。
因此，日军大本营陆军部命令，调整辽东的战略，退守奉天，原第六军退出辽东半岛。集结满洲军的三个军和第十师团的全部力量于海南军队在奉天一带做最后一战。
辽阳外围会战的局面，使日本满洲军的司令部下决心退出辽阳会战。
日军在接到满洲军司令部的命令后，已无心恋战。至此，辽阳会战的日军第二道防线很快就被海南军队占领了。
辽阳以南的城镇和重要据点，全部落入了海南大军的手中。日军前锋部队已经退回到辽阳城南的第一道防线内坚守，他们在为辽阳城内日军的转移争取时间。
辽阳为重要战略之地，在俄军占领期间。他们在辽阳及其外围构筑了大量的坚固工事。
当时俄军修建的辽阳城外的第一道防线是由鞍山东连高峰寺，大甸子、弓长岭、八盘岭、寒坡岭至红沙岭一带。这是辽阳城的最后一道防线。
他们为了加固防御，把辽阳城墙凿成隧道10处，在城外修筑很多条公路，纵横交织。
沿着公路又修建了大量碉堡群，每个碉堡设炮数门。在碉堡外面又挖掘堑壕，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。
海南军队突破辽阳的第三第二道防线后，稍作调整。当日夜晚，双方均未发起攻击。
陈中在获知日军的撤退命令后，在第二日的凌晨就命令李闯对日军发起总攻。
鉴于辽阳城外的第一道防线极为坚固，陈中命令李闯暂时不要做步兵冲锋，还是以炮击为主。
整个野战大炮的排放距离，分成了五组，每组射击的距离按炮弹的爆炸半径做了精密的调整。
他要求在辽阳城外，让所有的炮弹覆盖在他们的第一道防线的工事内。
上午八时，李闯下令所有大炮一起向日军的第一道防御工事内开炮，这次炮击不间断的打了近两个小时，日军的最后一道防御工事被彻底炸瘫了。
上午十时，海南大军开始了冲锋，日军已经无心恋战，经过了一个多小时的交锋，日军已退至辽阳城内。
短暂的停歇，海南的大军开始正式进攻辽阳城。海南大军率先以连个炮团，一百八十门火炮向俄军前沿阵地发起进攻。
步兵八个团从左翼强攻，经过一个多小时的激战，海南的大军占领辽阳城南的的高地。
海南军队用三个团的兵力从日军的正面阵地发起猛攻，正面的军顽强抵抗，日军的一个中队在机枪小队的支援下，开始了最为惨烈的抵抗。
海南军队和日军第三军的掩护部队在辽阳的核心阵地上展开激战。
日军在辽阳市城防核心阵地上的兵力布防一个中队队的力量于从西到南的环城阵地上死守市区，他们接到的命令是，为了掩护第三军主力的撤退，直到战至最后一个人。因此这股日军是抱着拼死的决心负隅顽抗的，一年次，在这一带的激战，打的相当艰苦。
在辽阳市城东、南两面，日军留守了两个中队，这些留守的日军都像施了魔法一样，完全失去了人性，他们在于海南军队作战时，全然不顾生死，几乎是一波又一波的冲锋。
因此，海南军队在进入辽阳城后损伤也是相当的严重。于是，根据这个情况，李闯将进入城内的军队，进行分散出击，在各个道口架设机枪，先用火力开路，在进行步兵搜索。
这一举措还真的起到了很好的效果，日军很快的被这种打法制衡住了。他们也不再盲目硬拼。
这样，辽阳城内展开了激烈的巷战。海南的这批赴东北的军队都是新招的兵，当时，按照陈中的要求，他们这些新兵，在进入部队后，都要接受特种战争的训练，因此，这些战士，对付这种巷战要比日军高明的多。
辽阳城内巷战持续了三个多小时，最后，清除了，辽阳城内的全部日军。
辽阳会战，击毙日军两万余人，海南军队也付出了一万八千人的代价。
陈中下令在辽阳做一次休整，一周后，准备在奉天与日军做最后的决战。
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