这场伏击战当然是毫无悬念的，人民军在人数、火力、情报等方面均远远优于日军，何况还有海上的火力支援，日军唯一的优势就是素质较高，实战经验丰富，但也无法补足其他方面巨大的差距，因此可以说这一战日军几乎连一点机会都没有。
当日军的当后两防分别进入人民军设下的伏击阵地之后，首先是军舰从海上发动打击，炮弹落到日军的队列中，顿时将日军的队列打乱，而随后人民军的大小迫击炮展开了炮击，密集的炮弹落到日军的队伍中，也彻底让日军大乱起来，再加上人民军的各种机枪、步枪、掷弹筒都展开了射击，将日军打得伤亡惨重。
其实日军也想进行组织起有效的抵抗，但人民军的炮击十分精准，一但发现日军组织起防御阵地，就立刻组织起一波迫击炮的精准打击，顿时就将日军的抵抗给打散了。
经过了大约30分钟的火力打击之后，日军的队列大乱，而且伤亡巨大，己经没有成建制、有组织的抵抗，而这时人民军才向日军发动了进攻，双方展开了激烈的白刃作战。
尽管日军表现得十分顽弦，即使是处于不利的局面也坚持战斗不止，不少日兵都不畏生死，但毕竟是大势已去，只靠士兵的个人精神力量是无法挽回局的。
不过也正因为是日军的顽强抵抗，战斗从中午1点开始，一直打到下午5点多钟才全部结束，日军共被歼灭了8千余人，另有3千余人被人民军俘虏，其中超过半数都是伤兵，只有1千多人成功的从战场突围逃走。而人民军也阵亡1159人，1894人受伤，战斗减员达3000余人，也可以战斗的激烈程度。但毕竞是歼灭了日军的援军，因此从战略上说，也是彻底孤立了旅顺的守军。
而就在取胜之后，第7师和后备2团没有参加清理战场的工作，而且将伤员留下，然后立刻出发，赶向金州。在晚上8点的时候，赶到金州。
这时金州只是一座空城，城中只有数千日军的后勤人员，以及数百留守军队，而且谁都没有想到人民军会在这个时候杀到金州，因此也毫无防范，而且金州也没有城墙防护，人民军十分顺利的突进金州城区内。
金州城的范围并不大，而且又有情报人员的接应帮助，人民军很快就控制了城里的要点，到晚上11点时，就全面控制了金州城，其间只发生了几场零星的小战斗，人民军击毙了200余名抵抗的日兵，而共计俘虏了3000余名日兵及后勤人员，并缴获了大量的物资，而人民军也付出了53人阵亡，87人受伤的代价。
天亮之后，7师派遣两个团出击，占领金州北部的四台山、庙山、大顶山等地区，也稳固了金州城的守卫。只等攻克了旅顺城区以后，就可挥兵东进，攻入辽东半岛地区。
而收到了伏击日军援军胜利的消息之后，罗岳也不再迟疑，决定就在次日，发动对旅顺城区的战斗。
旅顺城区是依旅顺湾而建，分为老城区和新城区两个部份，老城区位于旅顺湾的东岸，鸡冠山以南，城区内南北长约2千米，东西宽约25千米，也是旅顺的老城位置；而新城区位于旅顺湾的北岸，南北长约15千米，东西宽约2千米，是北洋水师成军以后，以旅顺为母港，因此扩建的新城区，新老城区以龙河、白玉山为分界线。
俄国强租旅顺之后，也以新城区为发展区域，在新城区内修建了大量的新建筑、街道，而日军占邻旅顺之后，大量征用了这些建筑，作为日军驻扎、办公所用，主要有：日关东都督府陆军部，为原俄关东州陆军炮兵司令部，日军将校集会所，为原俄创办的旅顺实业学校；日关东宪兵司令部，原为俄关东州民政厅；还有俄将校俱乐部，兵营，海军营房等等。而在老城区里的主要建筑有：俄国旅顺监狱，旅顺火车站，俄国旅顺关东州总督府，原为清北洋水师海军公所，北洋医院等等。
而在新老城区之间，白玉山成为旅顺城区内的至高点，海拔165米，而在老城区的南端，还有黄金山高地，海拔119米，与旅顺湾口西侧的老虎尾山遥相呼应，扼守着旅顺湾的出海口。
另外在鸡冠山以北还有一个水师营区，为康熙初年旅顺水师的驻地，发展到现在也成为一个居民区，不迈水师营区己被人民军占领。
在人民军发动进攻之前，又得到了一个好消息，经过了这几天的加紧抢修之后，终于搭起了一座简易的木质结构栈桥，可以将第1军的155毫米炮运送上岸来。虽然这一型火炮是用畜力牵引，机动性并不强，不过毕竟是陆军用炮，布置起来也比较灵活；尽管55亳米口径的威力也比不上舰炮，只有25径倍，射程为12公里，但在陆战中这样的数据也够了，而且毕竟在城市作战中，用不着大口径火炮。
而且第1军并不只有这一个火炮团，还有一个125毫米炮团，另外每个师还各有一个师属105毫米炮团。可以说这些火炮上岸，是非常极时的，大大的加强了人民军的火力。
罗岳和第1军的指挥官们协商决定，采用双管齐下的战术，由海军陆战队进攻旅顺新城区，第1师进攻旅顺老城区及白玉山，第6师为总预备队，由于海军陆战队没有75毫米以上的火炮，因此将第6师的师属105毫米炮团交给海军陆战队指挥。而军舰从海上进攻，打击黄金山和老虎尾，牵制这两个阵地的炮台。
第1军直属的125毫米炮团、155毫米炮团则分别布置在旅顺周边的各高地上，作为两个战场的火力支援，因为这两型火炮的射程都超过了10公里，基本可以覆盖整个旅顺城区。
计划确定之后，各火炮部队也连夜布置阵地。准备明天的战斗。
这几天的时间，日军当然也没有闲着，乃木希典早已经下定了和旅顺共存亡的决心，因此利用这几天的时间，在旅顺城区内依托建筑、街道，修建了大量的防御工事，总共布置了66个防御据点，以及百余个射击点，准备充份利用旅顺的城区地形，和人民军打一场城市战，就算是最终失守，也要让人民军付出惨重的代价。
而乃木希典将自己的指挥部设在旅顺火车站。当然，乃木希典这样的安排也是精心考虑的，旅顺火车站西有龙河为堑，东有白玉山为屏，南有旅顺湾为障，易守难攻，同时乃木希典还打算在必要的时刻破坏火车站，给人民军留下一个千创百孔的旅顺。
同时乃木希典也没有忘了激励日军的士气，因此招集旅顺城内的全部日军士兵进行训话，他首先坦言，现在旅顺就是一座孤城，周边的战术要点也都被人民军占领，因此肯定是守不住的，而城里的日军只有两个选择，要么拼死一战，最终光荣的战死，但这是为天皇尽忠，七身报国，将来在靖国神社内都会留下他们的名字，赢得永世的荣光，而他们的家人、孑5也都将引以为傲，并且得到整个日本的敬重；要么就是屈辱的投降，就算最终得以活命，也是忍辱偷生，不仅终生都会被人看不起，抬不起头来，而且连家人也会被全日本耻笑。
果然，听了乃木希典这一番话之后，日军的士兵们顿时热血沸腾，纷纷表示要和人民军决一死战，誓死守卫旅顺，还有人喊出了“旅顺玉碎”的口号。
乃木希典对自己鼓动的效果也十分满意，于是也宣布自己就留守在指挥部里，决不后退一步，如果人民军攻到了指挥部里，自己便在指挥部里剖腹自尽，并且和士兵们相约，在靖国神社内相会。将动员的气氛推到了。
进攻旅顺的战斗是在5月19日开始，由于人民军早己通过无人机，对日军的防御布置了如指掌，因此首先使用布置在外围阵地上的火炮，对旅顺阵地进行猛烈的炮击。
虽然这一次使用的都是中型口径火炮，但却胜在数量众多，总计超过了百门，单位时间内的火力投射是相当可观的，而且日军在仓促几天的时间内，也不可能修建出多么坚固的防御工事，因此被炮击炸得伤死无数，许多防御阵地也都被猛烈的炮火夷为平地。
日军当然也有火炮，但数量不多，大大小小加起来也不过20余门，其中有一半都设在白玉山上，虽然日军的炮兵也奋力的开火还击，但人民军的火炮阵地分得很散，共计设了18个阵地，就算被日军打掉1、2个，也无关大局。而且日军的炮兵一但开炮还击，就会立刻暴露自己的位置，并马上遭到一连串猛烈的炮火覆盖打击，连跑都没有机会。特别是白玉山阵地，更是受到了人民军火力打击的重点照顾。
人民军的炮击持续了约30分钟，共计发射大约2000余发炮弹，几乎将整个旅顺城区都清洗了一遍，由其是前沿的阵地，几乎都被炸平了，因此人民军这才开始向旅顺发动地面进攻。