Русская оборона на перешейке, южнее города Цзин-чжоу, представляла цепь опорных пунктов, расположенных на небольших холмах с понижающимися к заливам скатами и соединенных стрелковыми траншеями. Всего было построено 13 батарей, 5 редутов и 3 люнета. Траншеи, протянувшиеся по фронту более трех верст, рыли в два яруса, с козырьками от шрапнели и бойницами для стрелков. Перед траншеями сплошь стояли проволочные заграждения в шесть рядов кольев. В наиболее опасных местах зарыли 80 фугасов. И все-таки позиция имела существенные недостатки: фланги ее совершенно открыты для обстрела с моря; 65 орудий и 10 пулеметов установлены скученно на открытых позициях; боекомплект на каждое орудие составлял не более 100–150 снарядов. В довершение всего генерал Фок, осуществлявший общее командование и имевший под началом свыше 18 тысяч солдат, выделил для обороны, по сути дела, один 5-й стрелковый полк полковника Третьякова, усиленный несколькими охотничьими командами, всего около четырех тысяч человек. Японцы превосходили русских по артиллерии в три раза, по личному составу почти в десять раз. Конечно, можно было предположить, что по мере необходимости Фок будет умело маневрировать резервами, но дальнейшие события не подтвердили этого.
В ночь на 12 мая отроги горы Самсон, густо поросшие гаоляном и чумизой, заполнили войска. Так и не дождавшись канонерок, Оку отдал повторный приказ о наступлении, и японские войска начали выдвигаться на исходные рубежи.
В 4 часа утра, с первыми лучами солнца, заговорили японские пушки. Густые колонны солдат пошли на штурм. Немедленно открыла огонь и русская артиллерия. Сила и эффективность его была настолько высока, что уже в первые полчаса японская пехота понесла тяжелые потери. Густой дым от горящих кварталов Цзинчжоу перемешивался со сплошной стеной пыли, поднятой разрывами. В дыму белыми хлопьями рвалась шрапнель, мелькали фигурки перебегающих японцев. Скоро пехота залегла. И тогда японская артиллерия перенесла огонь на русские батареи. Началась контрбатарейная борьба. Вот тут-то и сказалось неправильное расположение русских огневых позиций. Открытые как на ладони и выстроенные колесо к колесу, русские орудия становились легкой добычей японских батарей, стрелявших с закрытых позиций. Положение усугубили появившиеся в седьмом часу японские канонерки. Под усилившимся огнем вновь поднялась в атаку пехота и наконец-то заняла горящий и полуразрушенный Цзинчжоу. Успеха добилась 4-я дивизия. Правда, до основных русских позиций было еще далеко, но на левом фланге чувствовалась победа. К 11 часам утра замолчали последние русские пушки. Большая часть их была разбита, у остальных кончились снаряды. Вновь засвистели рожки, и зеленоватые мундиры японцев замелькали перед проволочными заграждениями, скучиваясь у проходов. И вновь сначала дрогнула, потом и побежала эта масса наступающих. Теперь 4-ю дивизию остановил только ружейно-пулеметный огонь.
В плачевное положение попали японцы в центре, где наступала 1-я дивизия. Выдвинутая несколько вперед, она пошла в атаку по открытой местности и понесла большие потери еще при сближении. Не было достигнуто даже маломальского успеха, и пехота надолго залегла.
И уж совсем плохо пришлось наступавшей на правом фланге 3-й дивизии. Так же, как в центре, местность здесь была совершенно открытая, а огонь русских очень плотный. В 10 часов утра в залив Хунуеза вошли канонерская лодка «Бобр», миноносцы «Бурный» и «Бойкий». Действовали они под общей командой командира «Бобра» капитана второго ранга Шельтинга. Выйдя на огневую позицию, корабли открыли огонь сначала по наступающей пехоте, а потом по батареям противника. Результат был исключительный. Пехотные полки понесли такие потери, что не проявляли активности до конца сражения. Практически полностью была подавлена и артиллерия. Немногим более часа вели стрельбу корабли и, только расстреляв весь боекомплект, ушли в Артур. Адмирал Того после недавних неудач даже не пытался помешать русскому отряду, хотя под рукой у него совсем недалеко, у островов Эллиот, находились три броненосца, четыре крейсера и более десятка миноносцев. Впрочем, и Витгефт плохо воспользовался любезностью противника, хотя посылка даже ограниченного отряда доказала действенность фланговой поддержки сухопутной обороны.
К полудню наступление японцев окончательно выдохлось. Прекратила атаки пехота, а потом замолчала и артиллерия.