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。备胎大联盟
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