由于舰炮无法近距离直瞄射击，俄军马克沁机枪因此成为防御的火力中坚。当日军突击队开始向炮台攀登时，俄军居高临下用机枪和步枪猛烈射击，同时猛掷当时的新式武器—手榴弹。枪弹和弹片劈头盖脸般向日军飞去，一时间密集的枪声和爆炸声惊天动地，毫无遮蔽的日军血肉横飞，尸体横七竖八躺满山坡。尽管前面的日军死伤狼籍，但后面的士兵仍然高喊着“班塞”(日语：万岁)奋力向上冲锋，而俄军则以雷鸣般的“乌拉”和更多的枪弹来回击，始终将日军压制在半山腰处。 曾亲身参加望台争夺战的樱井忠温在其《肉弹》一书中写道：“……尸体挤满地，连下脚的空隙都没有，这是通向地狱的隧道。如果迈出右脚会踏上死去的战友，迈出左脚会踏上受伤的战友……”时为少尉的樱井随步兵第12中队一起参加了对望台炮台的进攻，但途中即伤亡过半，中队长和大多数军官都被打死。樱井代理指挥并组织残余部队冲至炮台下的火力死角，但后援仍被压制在山谷中，在俄军的反冲锋下最终被迫撤退。“……我们所处地势不利，无法进行防御，只得向山脚退去。每当我回头，就看见俄军向我们开枪，他们一路追杀下来。我们退回落脚点并回击敌人，双方混战在一起，用刺刀展开肉搏。此时，敌人从要塞中搬来了机枪，向我们扫射，双方的士兵都被割草般地射倒。……”混战中樱井左臂、右腿先后负伤，但他还是侥幸活了下来。
日军遭到前所未有的严重伤亡，军官阵亡103人，士兵死伤失踪3209人，尸体从山脚一直堆积到山腰，此次攻击彻底失败。 日军的哈奇开斯机枪在第一次总攻击中也起到了一定作用。在8月22日的盘龙山堡垒争夺战中，日军攻下西堡垒后，俄军重新组织力量欲将其夺回，战斗极为激烈。由于日军在此配置了机枪，依托坚固工事和充足的弹药，历经反复争夺终于保住了盘龙山东西堡垒，这是日军第一次总攻中攻下的仅有的支撑点，为后来战局向有利于日军的方向转变创造了条件。 旅顺争夺战中另一场更加著名的恶战发生在旅顺港西北3000米处的203高地。
1904年5月，俄军在此修筑临时防御工事，配有火炮4门、马克沁机枪2挺，由特列齐亚诺夫指挥的俄军西伯利亚第5阻击团残部驻守。 9月19日下午1时30分，日军对旅顺发起第二次总攻击。60余门火炮对203高地进行了持续3个多小时的炮击，高地上爆炸声此起彼伏、震耳欲聋，原先茂密的树木全被炸光。5时20分，日军步兵第1联队、第16联队向高地发起冲击。但乃木希典对俄军堡垒坚固程度估计不足，俄军工事主体在炮击后仍安然如初，火力配备也未受影响。当日军冲到高地北坡前200米处时，俄军阵地上突然爆发出一片火光，2挺马克沁机枪和数百支步枪一同开火，冲在前面的日军被悉数摞倒，北坡前顿时血流成河。东侧俄军诸炮垒的炮火同时打来，与高地上的机枪组成十字交叉火力，向日军猛烈扫射。后来有幸存者回忆道：“……许多炮弹在空中就爆炸了，硝烟把太阳染成了绿色……密集的枪弹和榴霰弹夹杂着爆炸声劈面而来，洞穿和撕裂人的躯体，血肉横飞，到处死伤籍地……”日军冲击部队很快减员一半，不得不全线退却。随后的若干次进攻仍以失败告终，到9月20日，日军仅占领203高地东侧的南山坡，203高地仍在俄军手中。
日军在旅顺的接连失利引起日本国内不满，天皇为此召开特别御前会议，满洲军司令部决定将攻击重心由东线转向西线203高地，并派满洲军总参谋长儿玉源太郎亲临督战。 乃木希典无奈只得下了最大的赌注，下令11月23日发起第三次总攻击。24日晚，日军组织3000名“白襻队”强袭松树山堡垒，但遭到俄军马克沁机枪在探照灯配合下的猛烈扫射，日军死伤过半而被迫撤退。从11月27日开始，在国内运来的18门280毫米重榴弹炮配合下，乃木命令以机枪督战，由第1师团残部会同第7师团，连续9昼夜猛攻203高地。双方争夺趋向白热化，一波又一波的日军高喊着“班塞”如潮水一般冲向俄军阵地，又在马克沁机枪的吼叫中一排接一排倒下。战斗变成了屠杀，北坡的日军尸体堆积4到5层，并填满了半山腰的壕沟，以致于观战的欧洲军事观察员第一次统计阵亡人数时竟少算了一半。死者中还包括乃木希典的次子乃木保典少尉。但日军不为尸山血海所动，仍冒死冲锋，终于在12月6日清晨攻占了203高地。为夺取这个长不足250米、宽仅30余米的山头，仅280毫米炮弹就落下2254发，重达489吨，山形亦为之改变，阵地几经易手，整个进攻日军前后伤亡达16935人之多，守垒俄军也只有1人生还。俄国人后来这样形容这场血战：“这不是人与人之间的战斗，而是人与钢铁、燃烧的石油、炸药与尸臭之间的斗争。”
