面對第八次公車上書後所引起的巨大國民輿論壓力，清政府〖總〗理衙門不得不表現的強硬一些，拒絕了此前點頭同意賠償三千萬軍費給俄國的條件，要求俄軍方面無條件撤軍。
對於無條件撤軍，俄國政府顯然不幹。俄軍已經摺損了五萬三千多精銳士兵，其中近兩萬人被俘於清軍大營，損失了整個阿穆爾內河艦隊，累積損失高達5600萬盧布，合白銀4500萬兩。這還不包括其他損失，例如這半年來俄國支出的鉅額軍費開支，以及戰後傷亡人員的撫卹，軍隊的重建等項開支，全部加起來的話，俄國將爲這次局部戰爭花費9000萬盧布。顯然，俄國方面對於無條件撤軍是不能接受的，哪怕只是面子問題也絕對不允許。
不過，清帝國的損失也不扛，自黑龍江雷都統壽山丹下兩萬六千餘清軍官兵陣亡，松花江水師營全軍覆沒，黑龍江將軍轄區和盛京將軍轄區大部分地區淪陷所造成的戰損也達到兩千萬兩，北洋陸軍八鎮雖然作戰勇猛，戰果彪炳，但更是吃錢的戰爭機器，其槍彈炮彈消耗巨大。
清政府光爲北洋陸軍八鎮準備後勤補給就耗資四千萬兩，當然這些花費暫時不需要支付現銀，都記在王辰浩的北洋兵器重工的賬面上，但清政府心裡非常清楚，將來如果要收回北洋陸軍八鎮，除非先還清欠下北洋兵器重工的全部銀子，否則就得默認北洋陸軍姓王。清俄孱部戰爭打了半年多時間，清政府累積花費也達到八千萬兩白銀一年的財政收入沒了。同俄國政府一樣，清政府也急於結束戰爭，否則就得紮起脖子喝西北風了。
戰爭，不論贏家還是輸家，都是兩敗俱傷，因爲其財政都承受不起長時間的戰爭消耗。當然，如果贏家獲得輸家的賠款，將戰爭損失轉嫁給輸家一方，這又另當別論了。
不討些好處，俄國人是決計不會甘心的因爲自沙皇尼古拉二世以下，所有俄國人都不肯放下面子。
11月5日，庫羅伯特金給肯德拉切夫少將補充的阿富汗兵團第77師抵達遼陽，使得遼南地區俄軍兵力增加至四萬五千人。同時，庫羅伯特金指示肯德拉切夫少將和他的軍隊，要他們再打一場像樣的戰役，以便找回場子，挽回俄國陸軍的面子。但庫羅伯特金特別指示，要求肯德拉切夫少將控制住戰役規模不要跟清軍爆發大決戰，因爲沙皇尼古拉二世已經決定結束戰爭了他所作的只是挽回些面子，儘可能的爲清俄談判增加籌碼而已。
肯德拉切夫少將明白了庫羅伯特金大將的用意後，也吸收了在璦琿城下跟清軍決戰的斯特塞爾中將慘敗的教訓於是開始制定作戰計劃。
遼陽會戰後，清俄兩軍大體上在奉天與遼陽之間的沙河地區互相對峙。
沙河戰區清軍約6.6萬人，200門炮，100挺重機槍。其中以北洋陸軍第三鎮和第四鎮爲主力，盛京將軍依克唐阿和他的盛軍從旁協助。清軍兵力多但李鴻章給第三鎮和第四鎮下達的是防守命令，而盛京將軍依克唐阿爲保住奉天也奉行防禦策略，導致清軍兵力和武備雖然超過俄軍，到那防線卻長達90公里。
同期，沙河地區俄軍約4.5萬人，120門炮。前一階段作戰，俄軍消耗很大爲補充兵員和軍事物資而暫停了攻勢。不過，儘管庫爾伯特金在遠東軍區進行了總動員，但仍不能根本改變清俄之間的兵力對比。
不過，清軍兵力雖然佔上風但能夠給俄軍造成威脅的宋慶部已經被打殘，剩下的只有北洋陸軍第三鎮和第四鎮兵力不過兩萬左右。
因此，肯德拉切夫少將認爲他還處於優勢。
肯德拉切夫少將制訂的進攻計劃，是對渾河與太子河間之敵實施攻擊，並佔領太子河右岸。俄軍分左右2個集團：左翼是第77師，由施塔克爾堡指揮，向本溪湖方向實施主攻（該方向是山地）：右翼是濱海二師，由比爾德林格指揮，緩慢地向沙河方向前進，任務是把主攻方向的敵人吸引過來。另以阿穆爾獨立旅作爲預備隊，有肯德拉切夫親自指揮。左右兩集團的進攻正面共50公里左右，總的進攻速度，每晝夜不超過5公里。
這個計劃1主攻方向處於山地丘陵地帶，而俄軍沒有進行山地戰的準備，特別是缺少對奉天沙河地區的山地地形的瞭解，使得俄軍進攻的準備工作得不到有效的隱蔽，很快被當地老百姓發現，並送交奉天北洋陸軍指揮部，使得俄軍的作戰計劃完全喪失了突然性。
奉天城內，北洋陸軍戰區指揮官兼第三鎮師長曹鋥，第四鎮師長張懷芝，以及郭旭棟和趙桓惕兩位參謀長商議對策，而依克唐阿自持身份也列席旁聽。
經過一番討論之後，曹鋥決定將計就計，首先利用對俄軍不利的山地地形，以防禦戰消耗、疲憊俄軍，然後投入新銳力量，轉入進攻，猛攻俄軍〖中〗央和右翼，一舉殲滅遼南俄軍主力。對於北洋陸軍採取的防守反擊戰，依東唐阿表示支持，因爲他曾經參與過北洋陸軍永平秋操，在對抗演習中擔任裁判，他見識過北洋陸軍的防守反擊戰，同時他也覺得其他方案沒有這個方案穩妥靠譜。
11月8日，俄軍右翼濱海二師出現在清軍右翼。從該地區可以攻擊清軍辜三鎮翼側。
11月9日，俄軍由45個步兵連和18個騎兵連組成的主攻部隊，對北洋陸軍第三鎮右翼邊緣的本溪湖帶發起攻擊。
部署在這個方向的北洋陸軍，只午吳佩孚指揮的第三鎮第六協辜十一標。由於第十一標防守堅決，吳佩孚多次打退俄軍的猛烈進攻，不但超額完成既定防守任務而且吳佩孚見俄軍火力分配不均，後繼部隊增援時存在漏洞，果斷的在防守時發起了反衝鋒，一舉打垮俄軍口個步兵連，取得了輝煌戰果。該標在戰後被王辰浩授予，“猛虎團”吳佩孚也由少校晉升爲中校。
11月10日，俄軍右翼突擊戰失利，誘敵計劃失敗。北洋陸軍趁機集中第三鎮主力，從俄軍左翼向東北方向的位置發起總攻。這次進攻因與猛插俄軍右翼的第四鎮騎兵第4標相配合，結果俄軍不得不於11月12日開始全面退卻。
北洋陸軍立即利用這一有利時機轉入進攻這樣一來，北洋陸軍反撲，同撤退的俄軍之間不可避免的爆發一系列激烈的遭遇戰。同時，依克唐阿也命令他的盛軍乘機發起反攻，造成整個沙河戰區長達90
公里的戰線上到處都在交戰。隨處可見的遭遇戰不僅晝間進行，而且夜間也進行。夜戰中，雙方都害怕暴露炮兵陣地，因此均不使用炮兵，部隊以密集隊形投入攻擊士兵胳膊挨胳膊，大多數場合夜戰以刺刀白刃戰告結束。
爲識別敵友清軍士兵不論是北洋陸軍還是八旗綠營兵，都袖纏白布帶。當然，主要是因爲北洋陸軍的軍服和俄軍軍服比較相似依克唐阿手下的盛軍穿的都是號衣，不帶袖標也認得。
這種激烈的遭遇戰持續至11月15日，北洋陸軍在白刃戰方面有着非常大的優勢，俄軍部隊同北洋陸軍發生白刃戰基本上是一邊倒的局面，傷亡頗大。但依克唐阿的盛軍便差太遠了他們碰上俄軍時，戰鬥結果恰恰相反。這樣從整體戰局來說，北洋陸軍從俄軍那裡佔了便宜，但俄軍也從盛軍那裡找回了場子，雙方兵力損失基本相當。
不過，俄軍在戰略上卻失了先手，在某些地段俄軍被北洋陸軍頂回沙河地區。
曹鋥擔心盛軍頂不住俄軍反撲影響北洋陸軍側翼。當初璦琿大戰期間，俄軍哥薩克騎兵團輕易突破清軍防線突襲北洋陸軍後方，差點令北洋陸軍第一鎮和第二鎮全軍覆沒，這個教訓早已經由王士珍傳達給北洋陸軍各鎮指揮官了。
，“不能把側翼和後方交給那些老爺兵們！”
這是王士珍的原話曹鋥銘記在心，於是命令北洋陸軍鞏固既得陣地由反攻再次轉入防禦狀態。
與此同時，肯德拉切夫少將決定11月16日晨在自己右翼發動一次進攻，以恢復在沙河左岸的原有態勢。但佔日夜間，北洋陸軍第四鎮第七協第十三標在團長吳祿貞的帶領下，奇襲沙河堡地區110高地，攻佔俄軍左翼第77師防禦地段內具有決定意義的制高點萬寶山。北洋陸軍佔領該高地，就造成了突破俄軍防禦中心的威脅。因此，肯德拉切夫少將放棄原定進攻計劃1，令第77師不惜一切代價奪回該高地。同時，曹鋥也意識到110高地的重要性，命第四鎮第七協全力支援第十三標。
於是，沙河會戰最激烈的110高地爭奪戰爆發，使得沙河會戰進入了**。
經16~17兩日的激戰，俄軍以傷亡5000人的代價奪回了高地。北洋陸軍僅僅傷亡200餘人。
戰損比高達25比1，主要是因爲北洋陸軍處於防守一方，加上第十三標架起了一個重機槍連。在有屠夫之稱的馬克沁重機槍的打擊下，造成俄軍傷亡慘重。最後因爲俄軍正面攻擊傷亡太大，於是俄軍從兩翼迂迴，打算切斷第十三標後路。而第十三標的位置過於靠前”深入俄軍縱深防禦網內部，第七協給予的支援有限。最後，吳祿貞審時度勢，再打光了重機槍子彈後，不得不主動放棄陣地，退回原來防禦陣地。
雖然到手的110高地又丟了，但吳祿貞團給俄軍77師造成了重大損失，導致第77師無法在其他戰線上展開大規模進攻。
110高地爭奪戰落幕後，雙方各自鞏固既得陣地，加修工事，互相對峙，偶爾出動偵察部隊或進行炮擊。
沙河會戰後，俄軍已經無力再對清軍發動攻勢，肯德拉切夫不得不轉入戰略防禦。此役俄軍損失1萬餘人，清軍損失7千餘人，其中大部分是盛軍的損失，北洋陸軍損失不到700人。@。