1900年7月下半月，俄军作战部署就绪后，即以“护路”和帮助中国政府“平定叛乱”为名，悍然对我国东北三省发动全面进攻。东北三省军民和义和团，为了保家卫国，在非常困难的情况下，同侵略军展开了顽强的战斗。
一、瑷珲和呼伦贝尔方向的作战及黑龙江省的陷落
瑷珲（今爱辉县爱辉乡），位于黑龙江中游右岸，与它隔江相望的是江东六十四屯①，由瑷珲副都统管辖。瑷珲北面的黑河屯（今爱辉县）则同沙俄边城海兰泡隔江相望。小兴安岭自西北向东南长约四百公里，海拔六百至一千米，是黑龙江省北部的天然屏障。瑷珲方向驻有清军步、骑兵十六个营，由瑷珲副都统凤翔指挥，守卫着南至富拉尔基屯、北至五道霍洛卡之间约七十五公里的江岸。守军装备有钢制火炮八门、旧式火炮十六门，水师营有小船十余艘。
俄军在海兰泡集中了步兵三个营又三个连、骑兵七个连、炮兵两个连，加上地方部队及其它武装力量两千余人，共约七千余人，配有二十八门火炮。由格里勃斯基中将指挥。
7月15日，海兰泡俄军企图从黑河屯偷渡过江，被清军击退。16日，俄军大肆搜捕海兰泡中国居民②。次日上午，俄军将三千余名中国居民赶至黑龙江边，进行惨绝人寰的大屠杀。“俄兵各持刀斧，东砍西劈，断尸粉骨”。至21日，五六千中国同胞惨遭杀害，致使“骸鼻飘溢，蔽满江岸”。③与此同时，俄军马队焚烧江东六十四屯，并将七千多居民驱入江中溺死。列宁曾在《火星报》上发表文章，强烈谴责沙俄侵略者“杀人放火，把村庄烧光，把老百姓驱入黑龙江中活活淹死，槍杀和刺死手无寸铁的居民和他们的妻子儿女”①等野兽般的暴行。
沙俄侵略军的兽行，激起了瑷珲人民和清军官兵的无比义愤。凤翔于7月17日晚派船接运难民，并令千余清军从下游过江，抄袭俄军后路。18日凌晨，渡江清军袭击俄军博尔多屯哨所，同五百名俄军激战四个多小时，毙伤敌人百余名，焚毁弹药库一座。当晚，清军撤回瑷珲。
为了保证黑龙江的航运和加强进攻瑷珲的俄军兵力，格罗杰科夫按照原定方案，于7月下旬从伯力和斯特列津斯克两地，调遣步兵九个营、骑兵三个连、炮兵一个连，携各种火炮四十门，组成两支增援部队，沿黑龙江两岸西进。这支俄军沿途捣毁清军各哨卡，于8月初抵达海兰泡。
8月2日，俄军开始进攻瑷珲。为迷惑清军，俄军一部由瑷珲对岸渡江佯攻，主力则由苏鲍齐奇少将率领，从黑河屯上游偷渡过江。驻守黑河屯一带的三营清军，在统领崇昆山指挥下凭壕坚守，同上岸俄军激战四小时后，退守瑷珲。俄军一万四千余人，于4日晨越过瑷珲北面的卡伦山，从北、东、南三面进攻瑷珲城。守军三千余人顽强抵御，城内的义和团及居民也奋起参战。俄军以优势炮火猛轰城垣。激战一天后，守军不支，由凤翔率领撤至城西南四十余公里的北二龙和额雨尔（驿站）一带的山口。撤退过程中，有三百余名清军于城郊被俄军包围，最后全部牺牲。8月5日，俄军入城，城内居民同侵略者逐屋争夺，一千五百余人英勇战死。俄军每前进一步，都付出了很大的代价。
俄军攻占瑷珲后，即调整部署。苏鲍齐奇被晋升为中将，并奉命前往旅顺，负责指挥奉天方向的作战，同时调一部分俄军随同前往，以增加南战场的兵力。其余俄军由伦年卡姆普夫指挥，继续追击清军。8月6日，伦年卡姆普夫率领四个半连骑兵组成的“快速支队”，携火炮两门，直逼额雨尔。其余俄军除守城者外，随后跟进。
退守额雨尔的清军，依山挖壕筑垒，凭险坚守。俄军逼近后，清军突然发炮轰击，毙伤敌四十人，予俄军“快速支队”以迎头痛击。俄军在正面进攻受挫后，便派一个连从右翼迂回至清军侧后。凤翔见两面受敌，又见俄军援兵赶到，乃率部退守北大岭山口（今大青山）。
北大岭山口森林密布，地势险要，是小兴安岭的重要隘口。凤翔率部（八九个营约四千人）退守该地后，又从省城开来两营援军，兵力增至五千人，并有火炮十门。当地鄂伦春族人民，也组织骑队约五百人，自动前来参战。凤翔决定利用有利地形，于山口两侧挖掘战壕，将部队荫蔽于壕内，诱敌深入岭底，然后从两侧发起突然攻击。8月13日（一说8月10日），俄军“快速支队”进入北大岭山口，埋伏在两侧的清军，出敌不意，槍炮齐发，猛击俄军。鄂伦春骑队也勇敢杀敌。俄军遭此伏击，乱作一团，仓皇后撤。凤翔督军趁势追击三十余里，杀敌甚众。正当清军勇猛追敌之际，凤翔不幸堕马牺牲。凤翔自瑷珲交战以来，左腿右臂先后受伤，仍然身先士卒，指挥清军英勇顽强地抗击数倍于己的侵略军，是一位出色的爱国将领。他牺牲后，由镇边新军后路统领恒玉署理北路翼长，率领清军继续构筑工事，扼守北大岭山口。
伦年卡姆普夫在“快速支队”两次受挫后，认为“以现有骑兵部队的兵力不可能在山地作战”①。8月15日，其后续部队到达后，便调整部署，改变战术：先以炮兵逼近北大岭山口，用二十余门火炮轰击山口两侧的清军阵地；同时利用山林和夜暗，派出两营步兵迂回至清军侧后，攻击清军的辎重队。清军腹背受敌，被迫于16日撤往墨尔根。此时，该路清军仅剩七百余人，由恒玉率领退守讷谟尔河南岸。8月17日，俄军占领墨尔根后，暂停进攻，等待西北路俄军到达后，再会攻齐齐哈尔。
正当北部清军在瑷珲抗击俄军时，西北部呼伦贝尔一带的清军也展开了抗击俄军的作战。
西北部的清军由呼伦贝尔副都统兼翼长依兴阿指挥，共有步骑兵十个营，装备克虏伯炮四门、小爸炮两门。呼伦贝尔西北有大道直通粗鲁海图，西面则有正在修建的中东铁路通往阿巴该图方向。
沙俄陆军部原命西北路俄军由粗鲁海图发起进攻。依兴阿发现俄军这一企图后，“以重兵北扼粗鲁海图，……复以偏师驻扎海拉儿[尔]河两岸，西扼阿普[巴]该图”①。俄军发觉清军上述部署后，便改变了进攻路线。7月25日，奥尔罗夫少将率步兵四个营又一个连、骑兵一个团又三个连、骑炮兵一个连，随带六门火炮，改从阿巴该图进犯完工车站。呼伦贝尔副都统依兴阿闻讯后，急派统领全德率步骑五个营驰往完工迎战。该部于7月29日出发，次日同敌军遭遇。俄军以火炮轰击清军，步兵由正面进攻，骑兵冲击清军左翼。清军立足未稳，仓卒接战，伤亡九百余人。呼伦贝尔城一带的守军纪律松弛，且有不少是新募之兵，当得知完工战败的消息后，即“漫散逃走，衙署官兵亦皆因之逃窜一空”②。7月31日，依兴阿放弃呼伦贝尔，率部退守雅克岭，“以为省城西路之藩篱”。俄军占领呼伦贝尔后，血腥屠杀居民三千余人。
雅克岭原有义胜军左路五营防守，加上从完工撤退的清军，共约九个营。8月8日，俄军“快速支队”约六七个连追至岭前，见地势险峻，未敢进攻，就地停止待援。8月10日，清军各路统领会商，决定由统领保全率镇边陈军四营、统领吉祥率义胜军二营出岭截击孤军深入的俄军。8月11—13日，出击的清军三战三胜，“踏破俄营九座，压追二百余里”③。14日晨，清军紧追至呼伦贝尔附近的小桥子、黑山嘴一带。由于同样犯了孤军深入、后援不继的错误，被俄军大队四面包围。清军在突围中死伤甚众，统领保全中弹阵亡，吉祥被迫督队后撤。不久，奥尔罗夫率俄军主力向雅克岭发起攻击，并派先头部队从火燎沟口抄袭清军后路。清军前后遭敌炮击，部队溃败，雅克岭被俄军侵占。
北路小兴安岭的要隘北大岭山口和西北路大兴安岭的重要据点雅克岭阵地的失守，使省城齐齐哈尔失去了两大屏障。俄军遂从北路、西北路长驱直入。8月21日，北路俄军进入博尔多（今讷河），抵达讷谟尔河北岸。在此严重形势下，寿山指令恒玉坚守讷谟尔河南岸，令副都统萨保在省城齐齐哈尔挖壕固守，同时还加紧操练义和团，“恃为长城”。正当寿山准备继续抗战时，忽然接到了清廷于8月7日命李鸿章为全权大臣向八国联军求和的上谕。鉴于“朝廷业已遣使求和”，东北亦不能例外，寿山遂派程德全赴讷谟尔河北岸俄军军营议和。8月25日，双方议定：俄军不得进入齐齐哈尔城内，只驻于城外。8月28日，俄军抵达城郊时，竟背信弃义地炮击后撤的清军。寿山见大局已不堪收拾，于8月30日自杀身亡。俄军于当天占领齐齐哈尔，清军南撤至伯都讷。西北路俄军在越过大兴安岭后，于8月30日占富拉尔基，9月4日与北路俄军会师于齐齐哈尔。俄军将市内的军械、粮饷、财物抢劫一空。9月6日，伦年卡姆普夫率突击队由齐齐哈尔出发，向伯都讷、长春、吉林方向进犯。
在黑龙江省的抗战中，全省大部分军民表现出了同敌人血战到底的英勇气概。黑龙江将军寿山，在上受朝廷压制，周围有投降派梗阻的情况下，仍然积极领导黑龙江省清军英勇抗敌。在他的影响下，不少爱国官兵拚死作战，血染战常尤其可贵的是，寿山在临死前仍上奏朝廷，建议将来收复黑龙江省之后，实行招民开荒，屯垦戍边，充实边防的政策，使黑龙江成为“内政孔修，外侮足御”①的富强之剩象寿山这样积极抗战，至死不忘祖国山河的清军将领，在当时是为数不多的。
黑龙江省如此迅速地失陷，从客观上看，主要由于清军兵械两绌。以三十六个营分守四千多公里的水陆边界和腹地要点，兵力显然不足，且分兵各处，难于互相应援，因而在大小兴安岭主要隘口失守后，清军已无力组织有效的抵抗。从主观上看，与寿山的作战指挥不尽得当也有关系。7月初，寿山虽相对集中兵力，加强了边沿城镇的防御，也有扼守陆路要地和截击深入腹地之敌的考虑，但在实际部署上，却没有真正做到。边沿城镇失守后，部队只得在后撤过程中临时构筑工事，仓卒防御。这种防御，只能阻挡小鄙俄军于一时，难以抗击其主力部队的进攻。在战斗中，清军只注意正面阻击敌人，忽视了俄军的迂回包抄战术，以致几个重要隘口都是在腹背受敌情况下失守的。此外，寿山最后轻信“协议”，准许俄军进驻齐齐哈尔城外，又不采取有力的防范措施，结果在后撤时遭敌炮击，齐齐哈尔为俄军轻易攻占，这不能不说是一大失策。
二、拉哈苏苏、双城子、珲春方向的作战及吉林省的陷落
当北路俄军在海兰泡大肆屠杀中国居民时，东北路俄军由萨哈罗夫少将率领步兵四个营、骑兵四个连、炮兵两个连及一个工兵排、一个电信排、一个医疗救护队，随带火炮二十六门，分乘二十二艘江轮和五十六艘拖轮，从伯力出发，沿黑龙江西进，于7月22日到达拉哈苏苏（今同江）。驻守该地的清军稍事抵抗即行撤退。俄军占领松花江口这一要点后，留兵一部驻守，主力随即溯松花江进犯三姓城。三姓位于松花江南岸，西濒牡丹江，东临倭肯河，是吉林北部水陆交通重镇。三姓副都统农英阿率八营清军（有火炮二十二门）驻守该地，沿江还驻有水师营。7月27日，俄军攻占了城外北面和西面的清军阵地，接着于28日上午9时，水陆两路夹攻三姓城。守军英勇抵抗，激战至下午4时，击沉俄轮一艘，毙伤敌军多人。终因俄军炮火猛烈，其后续部队又相继登岸，清军伤亡严重，被迫撤退。俄军占领三姓，槍杀居民，焚烧房屋，然后登轮向哈尔滨进犯。
哈尔滨是中东铁路的枢纽，原驻有沙俄“护路队”两千余人，因受义和团的攻击，各地“护路队”陆续向哈尔滨集中，此时总数已逾四千人。寿山在部署黑龙江战守时，奏请清廷委任通肯副都统庆祺为东路翼长，率领六营清军，驻扎于松花江口至呼兰沿线各站，防御俄军从东面入侵黑龙江剩鉴于哈尔滨为三省肮心之地，又严重威胁黑龙江省的后路，寿山于7月初曾约请吉林清军会攻哈尔滨，先清除哈尔滨“护路队”，然后专注北方边防。由于吉林将军长顺极力阻挠，此计未能实现。
7月26日，当俄军逼近三姓，形势极为严重时，寿山毅然命令庆祺率清军四营，统领定禄、穆隆阿、公培珍及营官富德等各率所部清军，进攻哈尔滨沙俄“护路队”司令部。因敌人已有戒备，清军遭到伏击，伤亡三百余人，退守呼兰。8月3日，萨哈罗夫所部俄军进占哈尔滨，同“护路队”会合。
俄军夺占哈尔滨后，迅速沟通了与双城子方向俄军的联系。9月1日，又派遣一个支队乘坐满载粮食弹药的列车，前往齐齐哈尔，以加强该处俄军。9月12日，俄军从哈尔滨发兵北攻呼兰，清军弃城退走。俄军在呼兰大肆抢劫勒索，并将清军库藏军火“尽数搬出，或毁或运，或投深井，或掷大河”①。
在萨哈罗夫率东北路俄军向哈尔滨方向进犯的同时，集结于双城子、克拉斯基诺的东南路俄军，分别向宁古塔和珲春发起进攻。
7月中旬，奇恰瓣夫少将率俄军步兵两个营、炮兵一个连、骑兵两个半连及“护路队”若干人，携火炮六门，从双城子向宁古塔进犯。宁古塔是牡丹江畔的历史名城，吉林东部的重要屏障。该城驻有清军十余营，连同杨玉麟的民团组织镇东军及义和团，共约六七千人，分守叶河炮台、牡丹江渡口和宁古塔城。7月18—19日，俄军进攻叶河及牡丹江渡口，被清军击退。时值雨季，山洪爆发，俄军骑兵行动受阻，加之兵力不足，便于铁路附近“坚筑高垒”，等待援军。
7月27日，艾古斯托夫少将率俄军步兵六个营、炮兵三个连、骑兵两个连、工兵半个连，携带火炮二十门，从克拉斯基诺出发，向珲春进犯。珲春西濒图们江，北倚大盘岭，由清军帮办英联率靖边军六个营驻守，并有刘永和率领的忠义军协助防守。清军重点防守城南九十里的黑顶子和城东南八里、城西南十里的三处炮台。7月30日，俄军首先炮轰黑顶子炮台，接着进攻其余两座炮台。清军及忠义军发炮还击，毙伤俄军二百余人。激战至下午2时，城外炮台相继被毁，同时，城内外国商民趁机纵火作乱，英联被迫率部退至城外。俄军占领珲春后，因进攻宁古塔的兵力不足，艾古斯托夫即率部折往双城子，旋即西向增援宁古塔方向的俄军。
进攻宁古塔的俄军得到增援后，于8月26日夜逼近叶河。次日晨，控制了清军阵地对面的高地，同时，其骑兵直插叶河至宁古塔的大道。叶河守军恐后路被断，便主动退往宁古塔。
当清军和刘永和的忠义军在叶河、宁古塔坚守时，躲在省城吉林的长顺却加紧进行投降活动。8月13日夜，他煽动部分受官府控制较严的义和团民杀害了义和团首领敬际信及四十名团众。8月25日，又令已革记名副都统黑龙江协领达桂前往哈尔滨，向俄方卑屈求和，约定两军相见，以白旗为先，各不开槍，让路而行。随后，又令各路防军“遇俄兵时切勿开槍，免致重开衅端”①。消息传至宁古塔，守军即退至鄂摩和。俄军于8月29日进入宁古塔，9月7日又占鄂摩和。9月22日，俄军先头部队进入吉林城。与此同时，伦年卡姆普夫率齐齐哈尔的北路、西北路俄军南下，于9月23日进入吉林城。9月30日，进占宁古塔的东南路俄军大队也赶至该处。侵略军入城后，烧杀抢掠，无恶不作。吉林银元厂的白银数十万两被抢劫大半，城内的兵工厂和炸药均被毁坏。厚颜无耻的长顺，却对俄军格外优待，备牛羊以犒俄师，对俄军所索军需差役，全部应承，并令吉林所属各府厅州县，“遇俄兵至，均照和约款接”②，充分暴露了卖国贼的可耻嘴脸。
三、海城、辽陽一带的作战及盛京省的陷落
八国联军于7月14日攻占天津后，沙俄陆军部即于7月22日命令驻旅顺的俄军暂停向直隶增兵，迅速前往营口，攻击清军和镇压铁路沿线的义和团，进占辽东半岛。阿列克谢也夫立即集中步兵二十个营、骑兵十六个连、炮兵五个连，分两部向北进攻：一部沿中东路支线北上，一部由水路增援营口、大石桥（今营口）的俄军。尔后进攻海城、辽陽、奉天。
盛京省邻近直隶，义和团反帝爱国运动的声势甚大，7月初就拆毁了海城至开原的铁路桥房，并经常成群结队，以刀斧、铁棍、火槍同沙俄“护路队”交锋。7月中旬，辽陽、鞍山一带的义和团及清军，将辽陽的“护路队”二百余人围困三昼夜，迫使其向营口逃窜。7月15日，驻大石桥的“护路队”在米辛克上校率领下反扑海城，夺占唐王、亮甲各山，接连向城内开炮，击毁城楼。义和团及清军奋力抵抗，毙伤敌七十余人，并乘势追击，迫使沙俄“护路队”龟缩于大石桥、营口一带，不敢轻易出动。
7月25日（一说27日），沿铁路北进的俄军占领熊岳，8月1日占领盖平。8月4日，沿水路向北进攻的俄军在营口登陆，占领营口道署。驻守营口的清军骑兵三个营又三个哨，稍战即溃，仅义和团三百余人同俄军英勇搏斗。
主张抗战的盛京副都统晋昌，见形势危急，于8月上旬亲赴海城指挥作战。海城位于中东路支线上，西、北两面为平原，东、南两面为山地。当时驻有育字军、奉字军及县属地方武装四千余人、义和团千余人，共有火炮八门。晋昌抵海城后，决定依托城西南十多里的唐王、亮甲等阵地抗击敌人。8月9日，俄军少将弗列舍尔率步兵两个团又两个连、骑兵四个连、炮兵五个连，从大石桥出发，分三路进攻海城。8月10日，俄军炮击虎獐屯（今虎庄屯），清军退守邓家台，11日又退守唐王、亮甲等山。俄军追至唐王山，集中炮兵火力轰毁清军各阵地。晋昌率部退守城东北的双山。8月12日，俄军夹攻双山。晋昌恐后路被断，即撤向辽陽，俄军乘势占领海城。
正当海城前线激烈战斗之际，增祺伙同盛京户部侍郎清锐，于8月11日竟在奉天杀害了义和团首领刘僖禄、张海及六十余名团众。接着又下令各州县将抗战的义和团众“一律查拿法办，以绝根株”①。海城失陷后，增祺急忙派员至营口向俄军乞降，遭敌拒绝。在这种险恶形势下，晋昌多次上奏朝廷，请求“收整队伍”，“广招民团”，同侵略军进行持久作战，并斥责投降派一遇敌人“均执旗迎降”的丑恶行径。
俄军进占海城前夕，正是八国联军向北京大举进犯之时。沙俄为在关内攫取包大的利益，决定抽调辽东战场的部队，迅速“从营口或经旅顺投向大沽口”②。这样，俄军侵占海城后，只得屯兵等待，不敢继续北犯。清军也未乘机反击，与敌处于相持状态。
9月初，沙俄从其欧洲部分抽调来的两个步兵团、一个炮兵连抵达旅顺。9月21日，苏鲍齐奇中将也奉命到达营口。旅顺俄军遵照沙皇8月6日发出的八国联军占领北京后，旅顺俄军的“主要任务将是攻占奉天，并征服盛京全时的指令③，加紧进行北犯的各种准备。
至9月下旬，营口、海城一带的俄军已有步兵十一个营、骑兵四个连、炮兵十个连，随带火炮四十门。侵略军分左、中、右三路向北进犯：弗列舍尔少将率左路进攻牛庄；苏鲍齐奇亲自指挥中、右两路进攻鞍山。
当时，驻守牛庄、鞍山、辽陽一带的清军，除晋昌的育字军外，还有全营翼长寿长率领的奉字军、仁字军等，共约五十余营，加之义和团踊跃参战，兵力尚属可观。但因增祺一再鼓吹停战议和，并多次调兵回保省城和增援北路，因而削弱了辽陽方向的作战兵力。
9月24日，左路俄军攻牛庄，寿长率清军十余营及部分义和团进行还击。由于俄军以速射炮连续轰击，守军不支，退守大望台，旋又退守刘二堡。俄军于当日占领牛庄后，将数千名中国居民围住，挥舞马刀来回砍杀数小时。这就是沙俄侵略者吹嘘为“赫赫武功”的“牛庄战役”。
9月26日，中、右路俄军在摧毁清军阵地后占领鞍山，接着向辽陽进攻。27日，寿长收集溃军，在沙河南八卦沟一带与俄军“复决死战”。但俄军“炮多力猛”，清军伤亡惨重，不支而散。当时，辽陽一带尚有清军步兵两千人、骑兵六百人、火炮三门。但在增祺的不抵抗命令下，城内遍插白旗。9月28日，俄军穿城而过，越太子河，直逼奉天。
这时，从黑龙江、吉林南下的各路俄军也已逼近开原、铁岭，对奉天形成南北夹攻的态势。奉天军政官员惊慌失措，争相逃命。增祺携带将军印，偕左右逃往新民厅所属的广宁一带。寿长、晋昌则收集溃军退往法库门（今法库）一带。10月1日，俄军不费一槍一弹进占奉天。10月6日，南北各路俄军于铁岭会合。至此，我东北三省镑重要城市和交通要道，全被俄军侵占。
在占领奉天前夕，沙俄从旅顺派出两个团又一个连，乘军舰四艘，于10月1日（一说9月30日）在山海关登陆。接着，这支俄军沿铁路北上，于10月4日占领锦州，中旬占领新民厅，控制了直隶通往东北三省的铁路交通，切断了关内外的联系，以便实现其独吞中国东北三省的目的。
11月11日，增祺在沙俄的军事压力下，派代表与沙俄侵略者于旅顺签订了《奉天交地暂且章程》。其中规定：清军一律遣散，交出军火，拆毁炮台、营垒及火药库；俄军驻奉天及盛京各地；奉天设俄国总管，与闻重要公事。《章程》名为俄军向清政府“交地”，实则是在俄军控制下，让盛京各地官僚返回任所，充当傀儡，把盛京省变为沙俄的殖民地。
投降派的不抵抗主义和残酷地镇压义和团，是盛京省失陷的根本原因。此外，清军在作战部署和指挥上也有不当之处。如部署防御时，南部兵力过少，因而俄军从旅顺出兵后，得以乘虚而入，迅速占领熊岳、盖平、营口等重要城市。晋昌亲赴海城指挥作战时，也没有根据敌强己弱的情况，采取机动作战的方针，而是单纯地实行“敌来则打，敌退则守”的阵地防御战，加之缺乏坚固的防御工事和足够的火炮，而且士气低落，结果在俄军优势炮火的轰击下，被迫撤退，造成失败。