山縣大將不當司令官了，但進攻海城的命令已無法撤銷。在戰爭中，一旦下達了命令，是不能輕易改變的。
頗有諷刺意味的是，奉命進攻海城的正是同川上操六中將一起活動撤山縣職的桂太郎中將。
那時，日本有四名陸軍大將，其中兩人是皇族，所以實際上等於隻有山縣和大山岩兩名平民出身的大將，如果輕易將他們解職，勢必影響軍隊的戰鬥士氣。這次是拚著國運發動的戰爭，可不能那麼做。
日本政府命野津道貫中將為後任，接管第一軍。表麵上總算沒露出破綻，海城進攻戰依然進行著。
1894年12月9日，第三師團長桂太郎率軍由岫岩出發向析木城進犯。
析木城位於海城東南（距海城20餘公裏），岫岩西北。
12月11日午前10時，清軍在龍鳳峪、二道河子與進犯的日軍展開激戰。
午後3時，日軍大部隊洶湧而來，發起了凶狠強有力的衝鋒，清軍寡不敵眾，退走析木城。與此同時，清軍在北路潘家堡子也戰敗。當晚，清軍乘黑夜退往海城。
12日午前10時，日軍占領了早已空無一兵的析木城。日軍占領析木城後，立即向海城方向前進。當天，前衛部隊進至海城東南7公裏的營城子。
13日，日軍大隊向海城發起攻擊。
海城位於遼南廣袤的平原地區，地勢開闊。城四周有孤立小山數座環繞。
12月13日午前9時，日軍步兵在強大炮火支援下向海城發起衝擊。清軍炮火不濟，退入城中。日軍乘勢分兩路由南門和東門攻入城內。清軍放棄海城，分別向牛莊、遼陽退走。13日中午日軍完全占領了海城。
日軍第三師團攻下海城後，立即處於被清軍三麵包圍的不利形勢下。
這是因為海城失守後，清朝祖宗陵寢之地受到威脅。清政府急調黑龍江將軍依克唐阿、吉林將軍長順率部西援，以護遼陽。
依克唐阿除留一部兵力防守原有防區外，親率馬步30營馳援遼陽。長順也調20餘營奔赴遼陽，聯合遼陽知州徐慶璋防守海城以北之遼陽、鞍山等地。
在海城以西以南的田莊台、蓋平、營口等地則有宋慶指揮下的50餘營清軍。至12月下旬，清軍在海城北、西、南之奉天、遼陽、鞍山、田莊台、營口、蓋平一帶集結的兵力已達170餘營約10餘萬人。
日軍第三師團雖然占領了海城，但兵力不多，馬步僅6000人，大小炮不過20門。其中除分兵守岫岩、析木城外，防守海城的隻有一個旅團的兵力。
孤軍懸入，除東南析木城為其後路可茲聯絡外，其北、西、南三麵處於遼陽、田莊台、蓋平等地清軍數萬人的包圍之中。其第五師團則被牽製在鳳凰城等地。
這樣，日軍第一軍實際上被清軍分割包圍，處於孤軍奮戰的困境。
第二軍雖已攻下金州、大連灣、旅順口，但距海城尚有200公裏之遙，中有蓋平清軍的隔阻。第一、二軍之間不能聲息相通。這種形勢對於孤軍懸入的海城日軍十分不利。
為了擺脫危險處境，第三師團長桂太郎於占領海城後，在12月15日電請第一軍司令官野津道貫，要求派第五師團由草河口、鳳凰城西進。並轉請第二軍派兵向北推進至蓋平、大石橋，以策應第三師團，使海城第三師團擺脫孤立無援的困境。
當時第二軍正準備向山東半島進犯，不願意分兵增援海城。大本營中有人主張收縮戰線，將第三師團由海城和析木城撤退。