旅顺监狱被攻克之后，就只剩下白玉山和旅顺火车站阵地。
由于旅顺火车站是日军的指挥部所在，并且和白玉山互为依托，因此也是旅顺城区守卫最为严密的阵地，日军共计在这里布置了5个联队，约2000余人，还有10余门各种火炮。
其实人民军也知道白玉山阵地的重要，因此在战斗一开始的时候，人民军就对白玉山进行过猛烈的炮击，不过乃木希典也不是无能之辈，既然已经认清了双方的优劣，自然也早已想好了应对方案，他在白玉山顶只留下一个中队守卫，而将大部份军队都留在火车站阵地，等人民军的炮击结束，向白玉山发动进攻时，再将大兵力投入到白玉山上防守。
而火车站阵地是以白玉山为屏障，因此遭到的炮击到并不严重，当然这也和人民军对火车站的炮击有所克制有关。因为旅顺火车站是中东铁路哈大线的终点，并且直接连通旅顺港口，海运的货物几乎是下船之后就可以直接上火车，是旅顺城区的一个关建枢纽，而人民军不希望对火车站造成重大的损毁，否则在夺取旅顺之后，将要花费相当的人力物力及时间来修复，因此将火车站定为禁止重炮炮击的目标。当然，由于火车站和白玉山是互为依托，只要是攻下了白玉山，火车站也就是垂手可得了。
不过在进攻白玉山时，人民军遭到了进攻旅顺以来最顽强的抵抗。在人民军向白玉山发动进攻时，日军己抢先一步，派两个联队在山上驻防。虽然日军无法在山上构建完善的阵地，但毕竟是占据了有利的地形，而且日军还有意将人民军放到半山腰，然后从山顶上冲杀下来，和人民军进行白刃作战，日军的刺刀战术本来就在人民军之上，又有居高临下的优势，因此自然是势不可挡，一个冲锋就将人民军的进攻给打算了。
人民军的指挥官见状，到也并不急于发动第二次进攻，而是呼叫炮兵，对白玉山再次进行炮击。而日军见人民军的炮击再来，立刻又将大军从山上撤下，仅仅只留下少数士兵在山头警戒，等人民军的炮击停止，再次发动进攻时，才又将军队调上山头驻守，结果再次击退了人民军的进攻。
这时人民军己占领旅顺绝大部份地区，日军的阵地只剩这一个，因此第1师调来了两个团，分派三个营，分别从三面进攻白玉山，又派出两个营，前后堵住火车站，海军陆战队也出动一营，隔着龙河，对火车站的日军进行火力压制。
而且人民军也吸取了前两次进攻白玉山失败的教训，并没有呼叫炮兵对白玉山发动炮击，而是改用迫击炮来协同配合步兵作战，迫击炮部队紧随在进攻部队的身后，层层进逼，并不断开火轰击山上的日兵，而步兵也不急于口气就冲上山头，而是充份利用迫击炮的火力掩护，徐徐向山头推进。
这一来日军果然就难以适应，不能再从容易的等着人民军进攻上来，因为迫击炮的炮弹不断的头顶上落下来，虽然迫击炮的爆炸威力不如火炮，但白玉山上也没有什么像样的阵地工事，就算是有也被2轮炮击给炸得差不多了，因此迫击炮也同样可以给日军造成沉重的打击。
但日军不能就这样等在山顶上挨炮，只能还不等人民军冲到半山，就主动向人民军发动了进攻，而这时三个方向进攻的人民军都才刚刚推进到白玉山的山脚位置。而日军主动冲下白玉山，反到是给了人民军机会，前排的士兵立刻组成线形阵列，举枪射击，不少日兵就这样倒在向山下冲的路线。
当然这样的线形阵列是不可能阻挡日军的冲锋，但毕竟能够给日军造成一定的损失，挫动日军的锐气，然后再迎上去和日军进行白刃作战。
由于白刃战的位置是在山脚下，因此日军也失去了居高临下的优势，而且在人数上也少于人民军，尽管刺刀术要强于人民军，但一时间双方杀了一个难分难解，势均力敌。
当然到了这个时候，战术己经没有作用，双方的指挥官也无能为力，比拼的是双方士兵的斗志、拼劲、技术、以及决心，日军在战前都是经过了动员的，大部份士兵都做好了必死的准备，而人民军的战士们也同样是经励了动员鼓励，而且人人心里都有必胜的决心，因此双方的士兵都表现得十分勇敢，视死如归，毫不退缩。刺刀与刺刀交击，*与枪杆发生激烈的碰撞，还有拳打、脚踢、头撞、抱摔等等，其间还夹杂着无数的枪击、爆炸、怒吼、惨叫、喝叱等声音。
双方激战了近1个小时，尽管到了这个时候，日军的拼劲和决心并不在人民军之下，但人数上的劣虏却渐渐扩大，原因就在于人民军有援军支挥，而日军却没有。
乃木希典到了这个时候也无计可以，日军共计有5个联军，这时己在白玉山阵地投入了3个联军，还有两个联军留守火车站阵地，但同样遭到了人民军的猛烈进攻，尽管人民军没有使用大口径火炮、迫击炮打击火车站阵地，但60迫击炮、掷弹筒却还是可以用的，这些武器对固定建筑的损毁不大，但对士兵的威胁还不小，而且在龙河对岸还有一个营的人民军以疯狂的火力压制，因此根本没有多余的兵力增援白玉山的日军了。
结果日军越打越少，并且不断的后退，而人民军则是步步进逼，从山脚一直退到半山腰，然后再退到山顶上，不过在沿路上都留下了大量的日军，人民军士兵的尸体，而退到山顶之后，日军就己无路可退，有一部份退到了火车站阵地，还有一部份则向人民军投降，毕竟决心战死的这时基本都己经战死了。
攻下了白玉山之后，旅顺火车站就完全暴露在人民军的兵锋下，因此在稍做修整之后，人民军立刻向旅顺火车站发动了最后的进攻。
到了这个时候，尽管还有不少士兵在拼死抵抗，但日军的大势已去，火车站阵地被不断的突破，最终只用了不到30分钟时间，就完全攻占了火车站，并且在一个房间里，发现了自尽的乃木希典大将的尸体。
就这样经过了8天的激战，人民军终于彻底攻占了旅顺地区，为华东政府在辽东半岛上获得了一个港口，并且彻底打开了辽东半岛的缺口。
在全部的战斗中，日军共计阵亡22764人，被俘7851人，被俘后勤人员10843人，在俘虏人员中，伤员的数量超过了半数，而在被俘后勤人员中，有超过半数为技术人员，另外还有约600余名医务人员，其中有327名女性医务人员；另外还击毙了657名俄兵，俘虏6274人；而人民军方面也阵亡了2813人，3742人受伤，失踪67人，不过受伤的战士大多是轻伤，10天内至少有一半的受伤战士可以伤愈恢复战斗能力。
另外旅顺也是日军的一个重要的武器物资基地，日军维持战争所需要的武器物资有超过7成，都是经旅顺输送到其他各战场上，尽管现在辽阳才是日军的司令部所在地，但在旅顺仍然屯积着约一半的有物资，当然现在全部成为人民军的战利品。
其中主要的武器有包括有：火炮24门，步枪17358支，各种炮弹22560发，子弹527500发，*2134吨，；其他物资则包括各种粮食约3.2万吨，罐头8250公斤，药品5140公斤，马驴牲口2500匹，火车头6辆，车厢47节。还有如布匹、木材、钢材、水泥等等，也各有若干。
虽然日军的步枪是用的6毫米子弹，和人民军步枪的7.62毫米子弹不能通用，因此缴获的步枪和子弹的用处到并不大，但攻占旅顺之后的收获相当巨大的，对人民军下一步的作战有很大的作用。
另外，竞然还在旅顺港发现了3艘战列舰和一艘装甲巡洋舰，原来都是原俄国太平洋舰队的军舰，为战列舰列特维赞号、胜利号、波尔塔瓦号，装甲巡洋舰巴洋号。原来俄国太平洋舰队有7艘战列舰，旗舰彼得罗巴甫洛夫斯克号触雷沉没，第二旗舰皇太子号在黄海海战中突围出逃，但被人民军海军拦截俘虏，现在成为人民军海军秩序中的威洋号战列舰。
而其余5艘战列舰以及装甲巡洋舰巴洋号在黄海海战之后退回到旅顺港中，在日本进攻旅顺时，将这6艘军舰全部击沉在港口中。而日军占领旅顺之后，发现这6艘军舰的沉没位置都不深，甚致军舰都并没有完全没击，而且这几艘军舰的舰龄都不超过10年，而且联合舰队只剩下4艘军舰，因此日本决定将这几艘军舰全部打捞起来修复，编入联合舰队，现在己打捞起来4艘，只有战列舰塞瓦斯托波尔号、佩列斯维特号还没有打捞。当然也全部成为人民军的战利品了。