三点，攻城炮兵部队发起炮击。按照乃木的指示，要求炮火破坏攻击正面的全部堡垒、邻接堡垒、支援火炮以及妨碍突击的掩体、碉堡等。丰岛命令炮兵部队瞄准盘龙山西堡垒、东堡垒、东鸡冠山北堡垒及炮台阵地，重点炮击侧防炮台、散兵壕、谷地的雷区以排除步兵的突击障碍。

随着炮击的开始，东北正面俄军阵地扬起了浓密的硝烟，副参谋长大庭对炮击的效果仍感到有颇多疑惑。对于日军的炮击效果，俄军记录的如下：盘龙山西堡垒小口径炮和大口径炮各两门被毁；东堡垒预备炮被毁，胸墙数处坍塌，掩体三个被毁；东鸡冠山北堡垒横墙坍塌造成43人伤亡，1挺机枪和两门小炮受损；东鸡冠山炮台（3个）大口径炮两门被毁，弹药库被炸；松树山堡垒一门炮被毁；二龙山堡垒两座探照灯被毁。

加上前一天被毁的约20门炮及大顶子山遗弃的15门炮，俄军总共损失了约40多门炮，相对俄军正面配备的各型火炮达514门，损失并不大，胸墙、掩体的破坏也不大，守军几乎没有损失。但日本方面对此并不知情。

三点四十分，乃木召集幕僚进行了军情判断。

战况并未出现“最有利”形势。西面第1师团占领了大顶子山，但却没有了继续前进的能力。北面第9师团第36连队攻击失败，造成龙眼北方堡垒突出于日军前进线内。大庭分析了东北正面的炮击效果，认为堡垒和炮台原形依旧，不能支撑部队的突击。他认为炮击不够充分，龙眼北方堡垒、水师营南方堡垒、203高地至化头沟山东方的西面和北面阵地将会影响主攻部队的行动，希望总攻延后一天。但是参谋长伊地知不同意，他认为炮弹补给困难，在现有炮弹量的基础上无法更改预定炮击计划，第9、第11师团都已做好了突击准备，此时延期将严重影响士气，龙眼北方堡垒等侧面干扰离东北正面尚有距离，构不成重大障碍，突击可以照计划进行。望着沉默的幕僚，乃木同意了伊地知的建议。

四点，第3军司令部下达作战令：第9、第11师团进入出发地点，翌日凌晨四点展开突击，总预备队（后备第4旅团主力）同时在大姜家屯西方谷地（注：东鸡冠山东北，第9、第11师团交接处附近）集合。

日军的炮击还在继续，而北面和西面的攻势已经停顿，俄军的炮击则停了下来。在凤凰山观战的外国记者团于六点多返回双台沟，下山时遇见了正在集合的后备第4旅团的官兵，特派员威利杨思记道：“在夕阳的映衬下，士兵的脸色泛着红光，脸上显露出战斗的期待，之前没有见过这么有战意的士兵。”

八点四十分，日军停止了炮击，各炮兵部队的报告都认为目标遭到了充分的破坏。丰岛确信明天的突击定能成功，同时命令第1攻城炮兵工厂准备在突击后将运送弹药的轻便铁路向东鸡冠山北方的团山子延伸。

第3军各部开始为第二天凌晨四点的突击做准备。

西面第1师团不是突击部队，他们本准备展开夜袭，但在接到命令后，师团长松村中止了夜袭，决定为呼应突击部队而一起行动，他的安排是：右翼后备第1旅团夺取203高地、中央第1旅团进攻南山坡山和化头沟山、左翼第2旅团进占化头沟山东面的三里桥北方高地和水师营南方高地。各部在夜间进至目标前，等待总攻时间的到来。

就在夜色中展开移动之际，第2旅团地区发生了状况。第3连队第2大队受命接替与三里桥北方高地正对的第3大队，第3大队则转为旅团预备队，连队长牛岛本藩大佐考虑第2大队对地形和敌情都不熟悉，决定在交接前让第3大队夺取高地，第10中队因此奉命出击，中队长里见亲明大尉于晚上九点派出18人的敢死队从正面牵制，主力则迂回侧背面，虽然最终占领了高地，但损失了三分之二的兵力和三个小队长。仅仅过了二十分钟，俄军两个连就展开了反扑，第9中队前往救援，但包括中队长雨宫甚平大尉在内的官兵陆续伤亡，只能由特务曹长角田信三郎接替指挥。第2大队派出第8中队增援，总算击退了俄军。

除了第3连队的”状况“，其它部队都采取了谨慎的行动。

由于第18旅团仍在和龙眼北方堡垒对峙，第9师团的总攻任务由左翼的第6旅团担任，旅团长一户以第7连队为主力，部队集结在目标盘龙山东堡垒东方约700米的吴家房村北方高地，其背后是预备队第35连队主力，第35连队第2大队则在盘龙山西堡垒前展开，执行牵制任务。第7连队长大内守静大佐向东堡垒和其东面的独立堡垒派出了爆破组，将距离两堡垒300米的电网炸开了两个口子，由于要躲避探照灯和照明弹，爆破组隐蔽了起来，对铁丝网没有进行进一步的破坏。

第11师团以右翼第10旅团第22、第44连队和左翼第22旅团第12连队为总攻部队，各自的目标分别为东鸡冠山炮台、北堡垒和南堡垒，第22旅团第43连队担负左翼守备。计划占领目标后第44连队向神仙洞山、第22连队向马头山南方高地、第12连队向左翼突击。

突破目标后向西南发展，再越过两座山便是旅顺市街了，第11师团肩负着第3军“自信”的期望。

8月21日零点，外国记者团再次出发前往凤凰山，路途依然颠簸，薄云遮蔽了月光，直到两点半，才在一片漆黑中到达山下。

凌晨三点三十分，各突击部队指挥官就位。第9师团长大岛在盘龙山东北团山子西侧山丘，第6旅团长一户在第7连队后方的吴家房村北方高地。第11师团长土屋在东鸡冠山炮台东北、大孤山北麓的唐家屯南沟村，第10旅团长山中将旅团部设在了第22连队部的边上。

第9师团第7连队第1大队排好了左右各两个中队的四列纵队，第2大队同样，第3大队在后面作为预备队。部队躲避着探照灯和照明弹慢慢向前。

第11师团此时却已陷入了枪声中。进攻东鸡冠山北堡垒的第44连队第2大队于凌晨两点在堡垒下方的集结，同行的还有以第3大队第12中队为骨干的“开路队”。大队长本乡源三郎少佐在侦察了周围的地形后判断无法一举突破，随即命令开路队和第8中队绕向北面准备进行牵制，主力第5、6、7三中队则准备从东面突击，同时命令久保五郎少尉指挥破坏东面的铁丝网，工兵第2中队和吉永吉次郎少尉的护卫队跟随行动。

出发后不久，便遇到了俄军的射击，当久保队开出一条4米宽的通路时，人员已损失大半，工兵中队几乎损失殆尽。北面的开路队在射击下开出了五条通路，其左侧的第1大队则在东鸡冠山第二堡垒前开出了两条宽2米的通路。

这些情况都表明炮兵为突击而进行炮火破坏毫无成效。

准备进攻东鸡冠山炮台的第22连队第2大队又遇到了另一个意外情况。东鸡冠山中腹及炮台周围环绕着一道铁丝网，谷地更是设置了四道铁丝网，还有一片约15米长的雷区，大队长武富令治少佐一边抱怨炮兵一边命令工兵第3中队前去开路，然而工兵在距铁丝网约300米处被便俄军火力打了回来。

第12连队第2大队也在为进攻南堡垒而破坏铁丝网，工兵第1小队打开了三条六米宽的通路，却付出了包括小队长太田忠次郎中尉在内的28人死伤的代价