尽管俄军在人数和火炮上对日军保持优势，但由于指挥失误和士气问题，俄军未能有效利用这一优势。特别是在俄军司令官库罗巴特金决定放弃决战，命令各军长撤至第二道防线后，俄军防线出现了崩溃的迹象。日军方面，尽管面临重重困难，仍坚持进攻。特别是在9月1日，日军第一军第十二师团成功包抄上岔沟俄军的右翼，迫使俄军司令部改变原部署，决定撤退。这标志着俄军在辽阳的防御开始瓦解。到了9月3日凌晨，库罗巴特金向全军下达了向奉天撤退的命令。俄军的全线撤退使得日军各迅速占领了辽阳城内，辽阳会战随之结束。这场战役中，日军虽然承受了重大伤亡，但最终成功突破了俄军的防线。