11月29日，日军再度组织敢死队对“203”高地发起冲锋，这次冲锋甚至一度冲到了山顶。俄军炮兵连同港湾内的军舰一起向高地进行无差别炮轰，在一起厮杀的无数俄、日士兵倒毙在炮火中，日军再次败退。30日，身为师团传令兵的乃木保典受命向前线传达“撤出战斗”的命令。他并没有完成自己的任务，在传令路上中弹身亡。得到消息的乃木竟然当着众多部下的面嚎啕大哭。三口棺材两口都“名棺有主”，差“老典”就齐了。

实在没有办法，1904年12月1日，满洲军司令官大山岩元帅在保留乃木面子的情况下，悄悄派出了被誉为丰臣秀吉再世、明治时期第一智将的儿玉源太郎总参谋长，带领第8师团第17联队前来支援乃木。还好儿玉来得及时，乃木已经组织了两个大队，挥舞着战刀准备亲自带队进行决死冲锋。儿玉要是晚来一天，估计三口棺材就没空了。

儿玉源太郎与乃木也是老伙计了。看到气急败坏的乃木，儿玉什么都没说，上前劈头就给了乃木一记响亮的耳光，勒令他立即交出指挥权，由他亲自督战第四次总攻旅顺。儿玉对炮兵的运用远远强于他这个只会用步兵冲锋的好友。儿玉首先将指挥部往前推（之前乃木的军司令部始终躲在敌人炮弹打不到的后方，完全看不清楚前线的状况），并对炮兵的使用进行了调整。首先把东正面的280mm重炮队一天之间全部集中到西正面，完成了炮兵火力的集中。其次是改变了炮兵、步兵轮番进攻的固定模式，命令在步兵突击时炮兵不准停止射击，使得山头俄军失去了通常模式炮击后占据阵地组织防御射击的时间，也无法动用预备队支援受威胁的阵地。当有人提出这种办法很可能造成大量的误伤现象时，儿玉源太郎面无表情地回答：“多死点人没有关系，这是日本赌国运的一战。对我们来说，最重要的是时间！”这句话让我想起了辽沈战役中同样冷若冰霜的林彪：“我不要伤亡数字，我只要塔山。”原来一将功成万骨枯就是这样来的。

攻守双方再次围绕“203”高地进行殊死搏杀，日俄士兵的断臂残肢被炮弹的巨大气浪抛得漫天飞舞，撕声裂肺的惨叫声终日不绝，这里已经变成了吞噬生命的人间地狱。俄军工事前铺满了受伤、阵亡的日俄官兵，后继部队踏着同伴的躯体冲锋陷阵。在枪炮声、爆炸声以及夹杂着伤员的哀号声中，日军的进攻依然排山倒海、汹涌澎湃。这种近乎疯狂的“万岁冲锋”换来的是令人心悸的尸山血海。几乎没有一具死尸是完整的，在炮弹弹片和破碎刀枪的堆积中，到处夹杂着零碎的肢体和头颅。由于双方士兵尸横遍野并迅速腐烂，“203”高地上恶臭熏天，俄军士兵只能用沾过樟脑的毛巾捂住鼻口才能勉强坚持作战。

12月5日下午1：30，日军的一个中队终于登上了“203”高地的俄军巨型堡垒。他们发现在堡垒里只有一个俄国人还活着，——那是一个被爆炸震昏过去的士兵。

接着日军在“203”高地上与其他俄军工事里冲上来的俄军士兵展开了白刃战。士兵用刺刀、枪托、石头，甚至是牙齿和双手进行撕打。由于东西方人体格不同，拼刺刀五个日本人都打不过一个俄国人。直到17:00左右，日军才真正占领了“203”高地，防守高地的6000俄国士兵全部阵亡。

看到眼前的一片猩红，乃木希典再次诗兴大发，即席赋诗一首：尔灵山险岂难攀，男子功名期克难。铁血覆山山形改，万人齐仰尔灵山。

在这一次强攻中，又有11000万日军官兵伤亡。双方阵亡将士的尸体堆积起来，居然与“203”主峰等高。要知道，当年甲午战争日军攻克旅顺付出的代价不过是伤亡280多人。乃木希典随即将“203”高地改名为与203谐音的“尔灵山”，借以祭奠战死在这里的日本将士。一位参战者事后写道：“这不是人与人之间的斗争，而是人与钢铁、丨炸丨药和尸臭的斗争！”

在日本的俗语中从此也多了一句话：“还有比攻打‘203’高地更麻烦的事情吗？”

即便在得胜凯旋、班师回朝的喜庆时刻，乃木希典面对迎接人群说的第一句话就是：“我是杀汝父汝夫汝兄的乃木！”人群顿时哭声一片！

12月6日，日军在“203”高地上建立观察哨，校正炮兵射击，以280毫米大口径攻城炮轰击旅顺港内的俄国舰队。指挥校正弹着点的就是后来的海军大将、元帅、甲级战犯、日美开战时的海军军令部长，当时的海军大尉永野修身。当天，俄太平洋舰队“波尔塔瓦”号和“列特维赞”号战列舰被击沉。7日，“胜利”号战列舰和“智神”号巡洋舰沉没，“佩列斯维特”号重伤后被迫自沉。剩下的“塞瓦斯托波尔”号战列舰趁着夜色移动到白狼湾。12月9日，旅顺分舰队的最后一艘巡洋舰“巴扬”号被击沉。

12月15日，被俄国人称为旅顺俄军防御“灵魂”的康德拉琴科少将在视察东鸡冠山炮台时中炮身亡。一贯主张投降的福克将军被任命为陆防司令，预示着旅顺的陷落只是一个时间问题。

12月18日，经过艰苦土工作业埋在东鸡冠山堡垒下边的2300公斤丨炸丨药被引爆，摧毁了这个几乎无法摧毁的堡垒。

12月29日，旅顺俄军举行了军事会议，大部分参会者表示要继续战斗。可惜的是，决策者并不这么想。1月1日，1905年新年的第一天，旅顺防区司令斯特塞尔中将和要塞司令斯米尔诺夫少将派人向乃木递交了请降书。2日19:00，俄国代表在投降书上签字，旅顺守备部队共32500人成了日本人的俘虏。斯特塞尔最后被俄国军事法庭判处死刑。

旅顺分舰队的水兵不顾斯特塞尔“不准破坏任何东西”的命令，凿沉了“塞瓦斯托波尔”号战列舰以及“骑士”号、“强盗”号等其他舰艇。雷击舰“勇敢”号等近十艘雷击舰、快艇在要塞投降时勇猛冲出日本舰队的包围圈，逃向中国的港口，1000多水兵随舰突围。

为期329天的旅顺战役结束。俄国阵亡23000人。日军先后投入了136000人，伤亡高达62000人，也算是对十年前旅顺大屠杀的报应吧。

旅顺会战亦是世界上首次现代化要塞围攻战，它被认为是10年后第一次世界大战大规模堑壕战的预演。

美国著名军事史学家迈克尔.兰宁在他的军事著作《历史上最具影响力的100场战役》中，将旅顺之战排在了第78位。排在第80位的，是中国的两万五千里长征。