У убитого в бою подполковника русского Генерального штаба Пекуты японцы обнаружили среди служебных документов карты и копию боевого приказа командующего Маньчжурской армией о предстоящем сражении. Они были незамедлительно переведены с русского на японский язык. Это дало маршалу Ивао Ояме, который имел к тому времени довольно полные данные о сложившейся обстановке, убедиться окончательно, что он принял правильное решение, отдав приказ армиям переходить в контрнаступление.
К седьмому дню наступательной операции почти все корпуса русской армии оказались вытянутыми в линию протяженностью по фронту до 45 километров. В результате они не только не могли успешно наступать дальше, так как везде оказались из-за удлинения фронта слабы, но и не могли выдержать сосредоточенного контрудара противника, нацеленного на центр позиции Маньчжурской армии. То есть первоначальная ударная группировка русских войск из-за неумелого командования ходом наступательной операции "расплылась" по фронту.
Первым звонком о возросшей активности японцев стал бой за скалу (гору) Луатхалазу. Неприятель сумел замаскировать на крутых скалах 8 полевых орудий и с их помощью отбить атаку русских. В этом бою русская артиллерия провела откровенно слабую огневую подготовку атаки на Луатхалазу из-за боязни поразить собственную пехоту, которая под вражеским огнем залегла у подножия скалы.
Начало активных действий неприятеля армейский штаб генерала от инфантерии А.Н. Куропаткина из поступавших с передовой донесений уловил быстро и забил тревогу. Командующий Маньчжурской армией с "легкой душой" отдает приказ успешно продвигавшимся почти повсеместно вперед войскам отказаться от "идеи наступления" и перейти к обороне.
Предполагая, что 2-я японская армия генерала Ясукаты Оку предпримет обход правого фланга Западного отряда, Куропаткин приказал генералу Бильдерлингу отвести свои авангарды к главным силам, но тот под разными предлогами уклонился от выполнения приказа командующего. В результате контратакующие японцы атаковали авангардные силы русских превосходящим числом в сопровождении сильного артиллерийского огня. Роты и батальоны русской пехоты встречали врага огнем и штыком, но при этом гибли от огня неприятельской артиллерии.
Особенно жаркий бой произошел за деревню Эндолиулу на берегу реки Шахэ. Укрепившихся здесь японцев штурмовали 139-й пехотный Моршанский полк и два батальона 140-го Зарайского полка. Они атаковали деревню с трех сторон, не открывая при этом ружейную стрельбу. Оборонявшийся в Эндолиулу японский пехотный полк был частью перебит, частью бежал из деревни.
Особенно кровопролитным оказался бой за Двурогую сопку. Здесь оборонялись всего шесть батальонов Новочеркасского, Царицынского и самарского пехотных полков с 16 полевыми орудиями. Здесь японцы предприняли большую ночную контратаку силами двух пехотных бригад, резервного полка и 4-х батальонов 4-й армии генерала Митицуры Нодзу. По световому сигналу с соседней высоты японская пехота попыталась бесшумно приблизиться к Двурогой сопке, но боевое охранение русских вовремя обнаружило подкрадывающегося врага.
Ружейная пальба длилась недолго. После ожесточенного рукопашного боя японцам удалось сбить русские батальоны с сопки, но при этом они потеряли 60 офицеров и 1250 солдат. Ночной бой настолько подорвал моральный дух солдат японской 10-й пехотной дивизии, что командующий 4-й армией счел за лучшее вывести ее из боя. Ей на смену пришли свежие резервные части.
Русский военный ученый-стратег с мировым именем А.А. Свечин, бывший во время войны капитаном Генерального штаба, в одной из своих книг "Предрассудки и боевая действительность" немало страниц посвятил Шахэйскому сражению. Он сообщает о фактах отсутствия взаимной поддержки между соседями, что сводило на нет частную инициативу командного состава:
"Тяжелую драму такого проявления инициативы представляют действия 9-й роты 24-го Восточно-Сибирского стрелкового полка, во время нашего сентябрьского наступления (Шахэйский бой).
На 24-й полк возложена была задача - поддерживать связь между 1-м и 3-м Сибирскими корпусами, дебушировавшими из разных долин и начинавшими развертываться против японской позиции.
Командир полка, полковник Лечицкий, заметив значительный интервал между полком и 3-м Сибирским корпусом, выслал разновременно для установления более тесной связи 9-ю роту и охотничью команду (полковую разведывательную команду. - А.Ш.).
Эти части, желая выбрать себе получше места для наблюдения и обороны, направились каждая сама по себе к "проклятой" сопке - громадной, скалистой горе, бывшей тактическим ключом японской обороны (гора Сишань).
Постреливая, продвигаясь из одной лощины в другую, эти части вошли в мертвое пространство к подножию скалы, занятой японцами, и по соглашению командира роты и начальника охотничьей команды, решились ею овладеть; на руках по одному всползли в тыл японцам, занимавшим сопку, и к 10 часам вечера 26 сентября, после упорного штыкового боя на вершине сопки сделались хозяевами ее. Совершенно случайно, с небольшими потерями, неведомо для начальства мы владели целую ночь тактическим ключом японской обороны.
Начальство, ночь с 26 на 27 сентября, тоже не спало - переговаривался по телефону командир 3-го корпуса с начальником Восточной группы корпусов, бароном Штакельбергом. Целью дальнейших действий 3-му корпусу ставилось овладение той самой сопкой, которую захватили уже лихие части 24-го полка.
Офицеры, захватившие сопку, решили дать знать о своем успехе в свой полк и в ближайшую часть войск. В темноте, в неизвестной, страшно дикой местности дозоры блуждают. Дозор, посланный в полк, пропал без вести разбился в какой-нибудь пропасти или наткнулся на японцев. Один дозор нашел ночью одну нашу роту, но сонный ротный командир ответил, что ему приказано расположиться здесь, и без приказания батальонного командира он никуда не пойдет. Послали третий дозор к батальонному командиру.
А японцы тем временем производят на горсть наших смельчаков контратаки, чтобы вернуть себе ключ своей позиции. Всю ночь атаки отбиваются. К утру истощаются патроны и энергия наших начинает сдавать; сознание громадного значения захваченного пункта начинает становиться смутным; поддержки - ниоткуда, общее равнодушие; инициатива сдает, сказываются утомление и отсутствие "предписания" защищать сопку до последней капли крови. Союз между ротой и охотничьей командой расторгается; охотники находят, что их разведочное, охотничье дело окончено на этом пункте, и охотничья команда уходит. Рота немного задерживается, но, не встречая нигде сочувствия, дух бодрости угашается и рота отходит.
Тем временем для овладения этой сопкой двигаются 8 батальонов генерал-майора Данилова; бежит на поддержку батальон подполковника Гарницкого (22-го полка), которому только что сообщено о нашем успехе ночью. Навстречу попадаются отступающие стрелки 24-го полка, сопка уже занята японцами - с сопки сыпятся пули.
На следующий день мы теряем даром без успеха свыше 3000 человек, энергия левого ударного крыла, действия которого по плану Куропаткина должны были решить успех наступления, была растрачена на воздух..."
В дальнейшем сражение на реке Шахэ проходило с переменным успехом. Японцы во многих местах контратаковали, русские отбивались от них залповым ружейным огнем, огневыми налетами своих батарей и ударами в штыки. Командование корпусов вновь демонстрировало грубейшие тактические ошибки: оборона строилась однолинейно, пехота атаковала густыми цепями, отсутствовала должная связь. Бездеятельность проявляла стоявшая на флангах в ожидании приказа конница.
3 октября на левом берегу реки Шахэ произошел сильный бой за Новгородскую и Путиловскую сопки, которые занял сводный японский отряд из 5 батальонов пехоты при 30 орудиях под командованием генерала Ямады. Сопки занимали выгоднейшее положение, поскольку артиллерийский огонь с их вершин "перекрывал" всю долину реки Шахэ в обе ее стороны. Командующий Маньчжурской армией приказал вернуть эти утраченные позиции.
Для штурма японских позиций на сопках были выделены пехотная бригада из состава 2-го Сибирского корпуса под командованием генерал-майора П.Н. Путилова (одна из сопок была названа его именем) и три полка - для усиления атаки. Артиллерийская подготовка продолжалась полтора часа, после чего русская пехота пошла в атаку. В ночь Путиловская и Новгородская сопки были отбиты, а отборный пехотный отряд генерала Ямады почти полностью уничтожен. Русскими трофеями стали 9 полевых и 5 горных орудий, один пулемет. Русские потери в бою составили около трех тысяч человек убитыми и ранеными. Японцам пришлось очистить соседние селения Шаланцза и Сахэпу, где они успели закрепиться. Очевидец поля боя на Путиловской сопке так описывал его:
