Японские генералы, неожиданно оказавшись победителями под Ляояном, не преследовали отступавшую русскую армию. Большие потери в японских войсках требовали приостановки боевых действий, отдыха солдат и накопления резервов. Этим и занялось японское командование во главе с маршалом Ойяма - главнокомандующим всеми тремя японскими армиями, действовавшими против Маньчжурской армии Куропаткина. Приостановка продвижения японских армий на север изменила намерения Куропаткина, собиравшеюся уже оставить Мукден и предполагавшего ожидать противника в районе Телина.

Не преследуемая противником, русская армия остановилась на рубеже реки Шахэ, недалеко от Мукдена. В первой половине октября 1904 года здесь и развернулось новое большое сражение между русской и японской армиями. Но эта битва, инициатива которой принадлежала русским, повлекла за собой новые жертвы, превосходившие потери под Ляояном.

Командующий русской армией Куропаткин не был сторонником сражения у реки Шахэ и, только уступая давлению из Петербурга, требовавшего победы на Дальнем Востоке
в политических целях, дал согласие на наступление русских войск. Инициаторами
и участниками разработки плана этой наступательной операции были прибалтийские бароны - генералы Бильдорлинг, Тизенгаузен, Штакельоерг, Бринкен и Мейндорф. Поэтому русские солдаты назвали эту операцию «бараньей».

5 октября 1904 года русские войска начали наступление. К исходу 6 октября 1904 года на правом фланге они достигли Шахе, а на левом подошли к передовым позициям противника и завязали за них упорные бои. Японское командование не ожидало наступления русской армии, но, разгадав намерения русского командования, решило вырвать инициативу. 10 октября 1904 года японцы перешли в контрнаступление, нанеся главный удар 2-й и 4-й армиями по войскам Западного отряда (6-й Сибирский, 17-й и 10-й армейские корпуса). В ходе встречных боев 12 октября 1904 года они оттеснили Западный отряд за Шахе. 13 октября, не сумев сломить сопротивление 1-й японской армии, начал отход Восточный отряд. Последующие боевые действия, носившие преимущественно встречный характер, проходили с переменным успехом.  17 октября 1904 года, понеся большие потери (русские - 40 000 человек, японцы - до 20 000), обе стороны приостановили атаки и приступили к укреплению занимаемых позиций. Установился 60-километровый позиционный фронт, что было новым явлением в военном искусстве.

Сражение у реки Шахэ еще больше подорвало престиж России. Русское командование на Дальнем Востоке могло лишь успокаивать себя тем, что оно этим сражением оттянуло падение Порт-Артура и не дало возможности Японии в октябре 1904 года начать решительный штурм русской военно-морской базы и крепости, в которой находилось 50 000 русских солдат и моряков.