由于英日同盟的订立，使俄国在国际舞台上陷于孤立。俄国外交当局立即建议法国对英日同盟共同作出反应。但法国不赞成沙俄陷在远东，这样不利于它对付德国。所以，法俄只是在1902年3月发表一个空洞的联合声明：“由于不得不考虑其他大国可能采取敌对行动或者在中国可能重新发生混乱现象……两个盟国政府保留在发生此类情况时采取保卫本身利益的必要措施的权利。”但法国并未明确要和沙俄在远东进行军事合作。在此形势下，沙俄被迫于1902年4月8日和清政府签订《交收东三省条约》，制定了从中国东北的撤兵计划。
英日联合对付沙俄的防线，引起了沙俄政府政策的转变。沙皇、别佐勃佐夫集团改变了过去维持倡导的“渐进政策”，而开始执行所谓“新方针”。沙皇尼古拉二世在给其远东总督亚历克塞耶夫的电报中说：“在最短的时间内，使我们的远东军事准备处于与我的政治经济目的相平衡的状态（不必担心必要的费用），从而使任何人都清楚地明白我们决心保卫我的对于满洲的独占势力的特权。”这清楚地表明沙俄也决心采取战争手段对付日本的挑战。1903年4月，沙俄拒绝执行第三期从中国东北撤兵的计划。“军事上把主力集中在哈尔滨和旅顺，为在东北南部的辽阳集中兵力准备了这两地到凤凰城的交通路线，从凤凰城南下到鸭绿江边。”1903年4月开始渡过鸭绿江，在朝鲜管辖下的龙岩铺下兵营驻屯，并行使1897年从朝鲜皇帝得到的鸭绿江岸森林采伐权，明确显示经营鸭绿江岸的姿态。另外，从旅顺到鸭绿江岸架设电话线，配置守备兵，摆出一副动武的架势。
面对沙俄的强硬姿态，日本想利用日英同盟，一方面在外交谈判上压沙俄后退，于1903年g月开始和俄国谈判，另一方面加紧战争准备。由于双方的矛盾无法调和，谈判拖延到1904年1月仍毫无结果。1月12日，日本内阁制定了《关于日俄谈判满韩问题的帝国最后提案》，16日，由日驻俄大使面交俄外交大臣。30日，又要求俄国明确答复日期，这事实上是最后通牒。2月1日，日军参谋总长大山岩，在前往皇宫的马东里，对天皇转述了军部的决定：“据情报，俄国参谋部已经制定了对日本的作战计划，皇帝已许可。据说，远东总督亚历克塞耶夫打算在旅顺的船坞完成时开始对日本作战。为此，现在红海有舰队开往东洋方面，并且紧急编成西伯利亚第三军团。时到今日（日本）在外交上磨磨蹭蹭什么也干不成。多拖一天，只能多给敌人一天好处。”这番话使明治天皇下了决心。2月4日，日本内阁决定：“中止日俄交涉，帝国采取独立行动。”8日，日本舰队突然向停泊在旅顺口的俄国舰队开火，10日，公开对俄宣战，日俄战争全面爆发。1904年3月，日军取得海上优势。5月初，俄军在鸭绿江战败。5月底，日军占领大连，围困旅顺。1905年1月，日军攻陷旅顺。3月，俄军又在辽阳会战中失败。5月，俄国波罗的海舰队在对马海战中全军覆灭。
这时，日本也已精疲力尽，很难再打下去，希望停止战争，以巩固战果。俄国国内爆发了1905年革命，日俄战争中俄国惨败，加速了革命的发展。沙俄为镇压国内革命，希望能尽快结束战争，抽回重兵。列强态度开始变化，害怕俄国革命会推翻沙皇，既影响他们在俄的投资利益，也担心会引起西欧国家革命。同时，英国也不希望沙俄一败涂地，影响在西线对付德国，另外还担心日本势力的过分强大会威胁它在远东的利益。美国也不愿它争夺太平洋霸权的潜在对手过分强大，于是出面调停。1905年8月9日至29日，日俄和谈在美国朴茨茅斯举行。经过讨价还价，9月5日签订了《朴茨茅斯和约》，规定：“旅顺、关东省、库页岛南部及中东路南段都转让给日本。”沙俄承认日本独占朝鲜。日本通过日俄战争的胜利达到“大陆政策”第一步的侵略目标，取代沙俄，变中国东北南部、朝鲜为其势力范围和殖民地。
这一时期，日俄关系的发展是帝国主义列强争夺太平洋霸权矛盾尖锐化的结果。不仅涉及日俄两国，也涉及到几乎所有帝国主义列强。日俄战争是一场重新瓜分远东势力范围的帝国主义掠夺性战争。日俄战争发生在中国人民的家园里，所以给中国人民造成的损失更是大得不可估量。在日俄战争中，成千上万的中国人民遭到无辜杀害，许多家园被毁。从旅顺到开原，“纵横千里，几同赤地”。仅盖县、海城两县，受害者就有300多个村庄，8000多户。这是日俄两个帝国主义共同犯下的血腥罪行。
对于这场以中国领土东北为战场的帝国主义相互争夺的罪恶战争，对于日俄两个帝国主义对中国人民犯下的滔天罪行，从中国清政府方面，应该负起驱逐帝国主义、保卫国家主权和人民生命财产安全的责任。但是，腐朽无能的清政府不仅不敢谴责、抵制、反抗日俄两个帝国主义侵犯中国领土主权的赤裸裸的侵略行为，反而令人吃惊地宣告对在中国领土进行的战争实行什么“中立”。
1905年2月12日，清政府发表告示：“朝廷轸念彼此均系友邦，应按局外中立之例办理。”同一天，清政府外务部发出通电，虽然告知列强：“东三省疆土权利，两国无论胜负，仍归中国自立，两国均不得占据。”并且要求在战争中对“东三省城池衙署，民命财产，两国均不得损伤”。但这只是表面文章而已。实际上，这时的清政府已毫无抵抗帝国主义的斗志，面对帝国主义的横行霸道，只会俯首贴耳。战争刚起，清政府的奉天地方当局就在帝国主义压力下订立“两国战地及中立地条章”。在自己的领土上划出“指定战地”，“供两国战时之用”，实际上放任日俄帝国主义在中国领土上杀人放火。在日俄战争期间，日俄两国毫不理睬清政府的所谓中立，漠视、侵犯中国主权之事举不胜举。而清政府原准备派兵1．8万人到辽西自己的国土上去加强警卫，但因惧怕帝国主义而不敢去，只敢留在直隶和辽宁交界处隔岸观火。这种所谓的中立，实质就是放任帝国主义来随意摆布和决定中国的前途和主权。
但这种投降退让的表示，只会助长帝国主义更大的侵略野心。由于《朴茨茅斯条约》的签订，日本在朝鲜的独占地位得以巩固，从此它向中国大陆进攻便无后顾之忧。为了把日俄战争的结果强加给清政府，中日双方自1905年11月7日起开始在北京谈判，12月22日签订了《会议东三省事宜正约》三款及附约一款。据这个正约及附约，日本不仅使清政府承认了日俄《朴茨茅斯条约》中私相授受东三省各项权益，还乘机勒索到更多的权益。主要有：日俄军队撤退后，从速自行开放东三省境内16处为商埠：奉天省内为凤凰城、辽阳、新民屯、铁岭、通江子、法库门，吉林省为长春、吉林省城、哈尔滨、宁古塔、珲春、三姓，黑龙江省内为齐齐哈尔、海拉尔、瑷珲、满洲里。这16处商埠的开放，使日本的侵略势力深入我国东北。
日本得继续经营日本在战争期间擅自铺设的自安东至奉天的一条轻便行军铁道，并加以“改良”，以15年为限，期满后，售予中国。这条铁路和朝鲜的新义州一京城一釜山铁路衔接，对于便利此后日本对东北的侵略，在军事上和经济上都有相当重要的作用。
清政府允许设立一中日木植公司，在鸭绿江右岸地方，采伐木植。巨大的森林资源便这样轻易地断送了。
关于东北三省的通商问题，清政府答应东北三省和朝鲜陆路通商。“彼此应按照最优国之例办理”。这就是说要援中法、中俄、中英陆路通商减税的先例，给予日本同样的特权，以便利日本在东三省市场上倾销商品和掠夺原料。
日俄战争造成极其恶劣的历史影响。日俄两国都是帝国主义国家，在日俄战争中无论谁得胜，都将继续侵略中国。由于日本本身的特点，早已把中国大陆确定为主要争夺对象。中国与日本距离近，资源丰富，人口众多，又处于混乱局面，几个帝国主义都在争夺，尚未变成一国独占势力范围。而日本的北面是俄国领土，人少地荒，南面的印支是法国殖民地，印尼被荷兰独占，菲律宾于1898年易手由美国统治。而且不经过中国，日本当时也无法南下。因此，从各方面看，日本都必然向中国扩张，而且遇到的阻力也较小，所以日俄战争的结果对中华民族来讲是极其有害的。日本获胜大大助长了它的侵略野心和增强了它的侵略实力。如在中日北京会谈中，清政府要求的交涉撤退所谓“护路兵”的问题，日本只答允“如俄国允许将护路兵撤退，或中俄两国另有商订妥善办法，日本国政府立即一律照办；又如满洲地方平靖，外国人命产业中国均能保护周密，日本国可与俄国将护路兵同时撤退”（附约第二款）。这种含糊搪塞的规定，使清政府谈判代表也不得不在会议节录中声明“中国视为尚未完备”，此事不了了之。此后在中国东北长期驻有大批日俄军队，准备在时机成熟时侵略中国。历史的发展也证明了这一点。1931年，日本帝国主义正是利用这支“护路兵”发动了“九·一八”事变，几十年来，日本一直是祸害中国最厉害的国家，这也与日俄战争的结局有关。
日俄战争并没有停止帝国主义在东北的争夺，沙俄失败后迅速集结力量反扑，不断加强对中国东北北部地区的控制。美国不甘东北被日、俄瓜分，积极伪装公正，打入东北，而清政府继续充当卖国贼的角色，企图用“联美”政策来制衡，用投靠帝国主义的办法来保持自身的腐朽统治。日本则视东北为其固有的势力范围，不仅强化对中国东北的渗透控制，甚至不惜采取军事占领的策略，使这一地区始终处于帝国主义激烈争夺之中。