2 октября 1904 года из Либавы на Дальний Восток вышла 2-я Тихоокеанская эскадра контр-адмирала З.П. Рожественского. Получив сообщения об этом, главнокомандующий японской армией маршал И. Ояма перешел в Маньчжурии к обороне, бросив основные силы на захват Порт-Артура. 22 ноября, потеряв около 8 тысяч человек, японцы заняли гору Высокую, с которой хорошо просматривались Западный и Восточный бассейны. С этого момента они могли корректировать огонь 280-мм осадных орудий, после чего участь оставшихся в гавани кораблей русской эскадры была предрешена. В этот же день от попадания 6 снарядов, вызвавших взрыв кормового погреба 47-мм снарядов, был потоплен эскадренный броненосец "Полтава". К вечеру следующего дня, получив более двадцати попаданий, затонул броненосец "Ретвизан". 24 ноября огонь был перенесен на броненосцы "Пересвет" и "Победа". После десятого попадания 280-мм снаряда в "Пересвет" его командир, чтобы прекратить расстрел, приказал открыть кингстоны и затопить корабль. Однако обстрел продолжался, и еще десять попаданий окончательно вывели броненосец из строя. После двадцати трех попаданий с креном в 11 градусов легла на грунт "Победа", затонул крейсер "Паллада". 26 ноября погиб, получив десять 11-дюймовых снарядов, последний крейсер эскадры - "Баян". Всего на потопление этих кораблей за три дня японцы затратили около 800 снарядов крупного калибра.
Исправным оставался только броненосец "Севастополь" капитана I ранга Н.Э. Эссена. 25 ноября он вывел корабль из гавани в бухту Белый Волк, где почти месяц отражал атаки миноносцев и поддерживал огнем главного калибра сухопутные войска.
После гибели эскадры положение крепости резко ухудшилось, но все же имелась реальная возможность продолжать борьбу. Однако 20 декабря после 11-месячной героической обороны начальник Квантунского укрепленного района генерал-лейтенант А.М. Стессель вопреки мнению военного совета и решимости защитников Порт-Артура продолжать сопротивление сдал крепость. Накануне капитуляции уничтожались уцелевшие корабли, сухой док, мастерские, приводились в негодность орудия, сжигались склады. Чтобы затруднить японским кораблям вход в гавань, на фарватере были затоплено несколько судов. На глубоком месте внешнего рейда затопили "Севастополь" и взорвали канонерскую лодку "Отважный".
Спасая полковые знамена и секретные документы, в ночь с 19 на 20 декабря из Порт-Артура вышел миноносец "Статный" лейтенанта Косинского. Японцы, ожидая прорыва русских миноносцев и катеров, усилили дозорную службу на море, но это не помогло. Три раза в течение ночи "Статный" встречался с кораблями противника и, искусно маневрируя, в темноте ушел от них. Миноносец благополучно прибыл в нейтральный китайский порт Чифу. Знамена и архивы были спасены и переданы русскому консулу.
В эту же, последнюю, ночь обороны Порт-Артура из него вырвались миноносцы "Смелый", "Властный", "Сердитый" и "Бойкий", несколько минных и паровых катеров.
В боях за Порт-Артур японцы потеряли около 112 тысяч человек и 15 кораблей различных классов, 16 кораблей получили повреждения. Потери защитников крепости составили 28 тысяч человек, в плен попало около 25 тысяч. Первая Тихоокеанская эскадра прекратила свое существование и поход эскадры Рожественского, которая в это время находилась еще только у острова Мадагаскар, потерял смысл.