《馬關條約》允許日本取得遼東半島，卻因俄、德、法三國干涉還遼，日本最終妥協，將遼東半島歸還清政府。俄國旋即向清政府租借旅順、大連，並爭取修築東清鐵路 (鐵路通過黑龍江、吉林至海參崴，南下支線由哈爾濱通過瀋陽到旅順)，將勢力延伸至遼東半島。做法令日本感到不安，日本嘗試跟俄國談判，不得要領。
義和拳亂，俄國趁機派大軍入侵東北三省。儘管清政府提出歸地、撤兵等要求，具體時間表仍付之闕如。俄國在中國東北日益坐大，致使英國、日本憂慮自己在華利益受損。為箝制俄國，英國 1902 年與日本結成「英日同盟」(Anglo-Japanese Alliance)。日本外交上的勝利，意味著日俄一旦爆發戰爭，英國也不會袖手旁觀，坐視不理。日本因此有了本錢挑戰俄國。
日本在英國支持下，與俄國進行交涉，要求俄軍撤出東北，遭俄方拒絕。1903 年，日俄談判破裂。次年 2 月，日本向俄國發出最後通牒，並宣佈斷絕日俄外交關係。未幾，於不宣而戰的情況下，日本海軍攻擊停泊在旅順的俄國艦隊，俄國對日宣戰，日俄戰爭爆發。
俄國一直將軍事重點放在歐洲，所以遠東地區的正規軍數目不如日本。加上欠缺充分作戰準備，其僅能依靠駐紮在旅順的太平洋艦隊作為主力，同時調動波羅的海艦隊前來遠東增援。
日本方面，除了對旅順進行封鎖，孤立太平洋艦隊，亦派遣海軍前往對馬海峽確保制海權。自 1890 年馬漢發表《海權論》系列著作，制海權成為重要概念引起各國注意。其中，「海戰最高原則是削弱乃至毀滅敵人艦隊，並可以由決定性海戰或對港口的封鎖達成」、「海戰的目的必須經常是直接或間接地確實獲致制海權，並阻止對方獲致它」，日本海軍對《海權論》吸收消化，制定精準有效的戰爭部署，這是其最後能夠取勝一大原因。
開戰後，俄國太平洋艦隊留在旅順，避免與日本艦隊主力決戰。日本海軍對旅順施以封鎖，未能成功，卻面對俄國從海參崴調來的艦隊不斷威脅海上運輸。日本陸軍在朝鮮登陸後，先在鴨綠江擊破俄軍，再順勢佔領大連，北上直指遼陽。日本海軍對付俄國旅順艦隊，成效不彰，適逢得知俄國波羅的海艦隊將前來增援，為避免波羅的海艦隊與旅順太平洋艦隊會合，其卒之接受與陸軍協同作戰，要求陸軍參與對旅順的攻擊。
日本海軍、陸軍長期不和。明治維新建軍，陸軍以長州藩的人為主，海軍則由薩摩藩的人組成，而長州、薩摩兩藩在幕末時期存在嚴重私怨。加上陸軍參照法國、德國體制，海軍以英國為藍本。種種分歧令日本海軍、陸軍各行所是，未能協同合作，即使在日俄戰爭也不例外。
日本海陸軍合流的結果，是俄國旅順太平洋艦隊被重挫，完全喪失戰鬥力。海參崴俄軍艦隊雖仍威脅日本補給線路，但已無助扭轉局面。隨著遼陽、奉天陷落，俄軍往哈爾濱撤退，俄國敗局已定。惟俄方始終期望波羅的海艦隊到達後可以挽回劣勢。對馬海峽一役，波羅的海艦隊被日本以壓倒性優勢擊潰，全軍覆沒，面對海軍全滅、日本徹底掌握制海權，俄國被迫接受現實，與日本展開停戰談判。1905 年 9 月 5 日，日俄兩國簽定《樸茨茅斯條約》(Treaty of Portsmouth)。
條約規定俄國必須將旅順及大連的租借權、長春至旅順的鐵路及附屬財產和煤礦轉讓給日本。換言之，俄國之前在東北一切權益，全部由日本繼承。長春至旅順的鐵路，後來改稱南滿鐵路，日本為保護南滿鐵路權益，成立「滿鐵守備隊」，另安排一個師團駐留南滿。滿鐵守備隊和駐留師團即是日後關東軍的前身。1931 年 9 月 18 日九一八事變，日本關東軍借口南滿鐵路一段被毀，炮轟瀋陽，同時進攻吉林、黑龍江，禍根肇始於《樸茨茅斯條約》。
日俄戰爭在中國東北進行，清朝卻被迫保持中立。魯迅在 1922 年《呐喊．自序》回憶於日本留學時棄醫從文的經歷：
其時正當日、俄戰爭的時候，關於戰事的畫片自然也就比較的多了……有一回，我竟在畫片上忽然會見我久違的許多中國人了，一個綁在中間，許多站在左右，一樣是強壯的體格，而顯出麻木的神情。據解說，則綁著的是替俄國做了軍事上的偵探，正要被日軍砍下頭顱來示眾，而圍着的便是來賞鑑這示眾的盛舉的人們。
缺乏國家保護，中國人要麼投靠日俄任一方以自保，不得好死，要麼袖手旁觀，用麻木冷酷逆來順受。這是非常可悲的。
