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8月27日，俄军开始了撤退行动。东部兵团方面，第17军大部位于太子河北岸担任辽阳东面防御，无需移动，只有支援第10军左翼的第3师1旅需要后撤。第10军凌晨三点下令各师“迅速后撤”，并要求在晚上十点完成。
邻接的西伯利亚第3军在接到命令后同样也安排了后撤，不过为了不让日本人察觉到，军长伊万诺夫命令639高地的两个连就地待命，并且还增派了两个连的兵力。
早晨，夜雨已停，大雾弥漫。俄军趁着大雾陆续后撤，阵地上只留下少数部队殿后，而日军方面毫无察觉。
日军第12师团根据俄军的猛烈炮击，判断将遭到反击。第29联队第1大队进攻639高地，遭到猛烈抵抗，进攻被阻止在了距离目标约200米的小高地上。只有近卫师团发现了俄军撤退的迹象。
俄军西伯利亚第3军于七点半左右将炮兵优先撤出了阵地。八点，近卫师团炮兵部队开始炮击，结果却未引来应射，望远镜里俄军阵地已空无一人。八点四十分，渡边接到第4连队的报告，称俄军已经撤退，这才渐渐觉察到压力的减轻。
之后，第1军全线发觉了俄军撤退的迹象，第2师团于十一点占领了639高地。第一军各部由于疲劳只派出了一部分兵力追击，但俄军的抵抗很激烈，追击并未深入。
俄军第10军向西撤退。泛滥的河水退得也很快，泥泞不堪的道路上挤满了士兵、炮车、弹药车、辎重车、牛、羊、猪等，通过仅有的一座军用桥梁渡往对岸，东岸的炮兵不停地开火牵制日军的追击，日落前渡河结束，炮兵撤过河后，军用桥梁被拆除并用铁壳船顺流运往太子河再送回辽阳。部队继续沿汤河北上前往太子河交汇点。
西伯利亚第3军向西北撤退，渡河点设在小岭子，途径望报台村的退路狭窄且被雨水冲毁，只能临时雇佣了一批清国人和部分士兵进行抢修，临近入夜，伊万诺夫指示辎重部队先撤，全力保障物资的安全。
俄军南部兵团方面，铁路东侧，西伯利亚第4军集中在鞍山站附近，东面是西伯利亚第2军，与日军第4军麾下的第5师团、第10师团、第2军的第3师团进行对峙，铁路西侧的西伯利亚第1军则与第二军第4、第6师团相持。撤退命令于清晨五点发布，部队于上午八点前后在大雾的掩护下开始向北方撤退。
上午十点，第10师团在渐渐散去的雾气中发现俄军正在撤退。十一点，邻接的第5师团对面的俄军后撤。到正午，第二军和第四军司令部陆续收到的俄军撤退的报告。日军对俄军的后撤感到很不理解。
俄满州军主力早已做好迎击态势，在鞍山站、首山堡设有两条坚固防御阵地，特别是鞍山站阵地，设计容量为两个军，绵延约15公里，拥有大型碉堡17座、炮台18座，配备有火炮120门、重机枪37挺，左右两侧皆为险峻的陡坡，正面突破相当困难，且大雨使得日军的进攻道路异常难行，在这样的情况下选择撤退，究竟是什么意思呢？
下午两点，野津道贯分析了各方面的报告，认定这是俄军的“诱敌深入”之计！奥保巩以及各部队指挥官也都认为“其中有诈”。
日军第4军在参谋长上原勇作的建议下采取了推进的策略，一方面追击，一方面做好战斗准备，前进线止于鞍山站东方的孤山子一线。显然，第四军仍不相信俄军会放弃坚固的鞍山站阵地。
第2军内部的意见也有分歧，参谋长落合丰三郎少将和副参谋长由比光卫中佐意见不和。由比和作战主任铃木庄六少佐主张立即追击，而落合比较慎重，坚持要先派骑兵侦察。奥保巩最后采纳了落合的意见，命令秋山好古的骑兵第1旅团先行侦察，第3师团、第6师团也派出有力部队探查敌情。
“下午参观了当地的孔庙，敌人放弃了鞍山站北逃，第1军和
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