לאחר מלחמת סין-יפן קרנה של יפן עלה בעיני מעצמות העולם, ומעמדה של סין הדרדר לתהומות חדשים. סין רבצה כחיה פצועה, וחיות הטרף עטו עליה וקרעו ממנה נתחים, כאשר עיקר דאגתם היא השגת כמה שיותר שטחים ומשאבים. ב-1896 רוסיה תבעה וקיבלה את חצי האי ליאודונג והבסיס הימי בפורט-ארתור ל-99 שנה תמורת חוזה הגנה רוסי והלוואה נוחה לצורך תשלום הפיצויים ליפן. הרוסים אף קיבלו היתר לחבר את המסילה הטרנס-סיבירית דרומה לפורט-ארתור ונמלי צפון סין דרך מנצ'וריה. ב-1898 גרמניה תבעה וקיבלה את הבסיס הימי צ'ינגדאו ואת חצי האי שנדונג כאזור השפעה. בתמורה להלוואה לצורך תשלום הפיצויים ליפן, בריטניה קיבלה באותה שנה את עמק היאנג-צה כאזור השפעה וחכרה בסיס ימי נוסף בשנדונג ואת האי קאולון (ליד הונג-קונג) ל-99 שנים.
ההתנפלות הקולוניאליסטית על סין הולידה ריאקציה לאומנית, שהבשילה לידי מרד. איכרים, שכינו את עצמם "אגרופי הצדק וההרמוניה" (ולכן נודעו במערב כ"בוקסרים") פתחו במרד ב-1899 בחצי האי שנדונג, שהתפשט לכל צפון סין. בתמיכת הקיסרית-האם הם כבשו את בייג'ינג והחזיקו בה 55 ימים. במהלך המרד פגעו בזרים וברכושם. מעצמות המערב ביקשו לדכא את המרד בכח, אך לא היו להן מספיק חיילים באזור, ולכן פנו ליפן בבקשה לעזרה כמעצמה שוות ערך. יפן שיגרה 8,000 חיילים, היחידה הגדולה ביותר בכח הרב-לאומי שמנה 18,000 איש. בקיץ 1900 נחת הכח בחופי סין, כבש את בייג'ינג, דיכא את המרידה וחילץ את הדיפלומטים שהיו נצורים בעיר.
הנצחון על סין העמיד את יפן במסלול התנגשות עם רוסיה. קוריאה ומנצ'וריה היו סלעי המחלוקת, וכל מדינה שאפה להתרחב לתוך אזורים אלה, ומסיבות דומות. קוריאה חששה מהשתלטות יפנית ולכן התקרבה לרוסיה, למרות שהיתה חייבת ליפן את עצמאותה מסין. מומחים צבאיים רוסים הגיעו לקוריאה כדי לאמן את צבאה, ורוסיה קיבלה היתרים לסלול מסילות ברזל דרך קוריאה. יפן, שלחמה בסין כדי למנוע שליטה זרה בקוריאה (חוץ משלה), נחרדה כעת לראות את קוריאה הופכת למדינת חסות של רוסיה.
נסיונות דיפלומטיים לחלק את האזור בין יפן ורוסיה עלו בתוהו.המצאותם של כוחות רוסים גדולים בשטחי קוריאה, מנצ'וריה וצפון סין הביאה יפנים רבים לקרוא לממשלה לתקוף את רוסיה בטרם יהיה מאוחר מדי. יפן נזקקה לבעלת-ברית מערבית על מנת לתת משקל-נגד לברית של רוסיה-צרפת-גרמניה, ובאופן טבעי היפנים פנו לבריטניה, שכבר במלחמה עם סין הראתה אהדה ליפן. מלחמת הבורים שהתחוללה באותן שנים הכריחה את בריטניה לדלל את כוחותיה במזרח אסיה, והברית עם יפן הבטיחה לה הגנה על האינטרסים הבריטים באזור. בינואר 1902 חתמו המדינות על ברית, שהפתיעה את העולם; בריטניה ששמרה עד אז על "בדידות מזהירה" מחד, ויפן שאך זה מכבר התקבלה בחוגי המעצמות מאידך.
רוסיה לא היתה מוכנה למלחמה, והיתה שקועה עד צוואר בהקמת תשתיות. על מנת להרוויח זמן, פתחה בשיחות עם יפן, והבטיחה לסגת ממנצ'וריה תוך שנה וחצי בשלושה שלבים. את השלב הראשון ביצעה באוקטובר 1902 כמסוכם, אך במקום לבצע את השלב השני באפריל 1903, הזרימה תגבורות צבאיות לאזור. בתקופה זו הושלמה המסילה הטרנס-סיבירית (למעט קטע קצר סביב אגם בייקל), מה שאיפשר לרוסים העברה של כוחות וציוד לאזור בקלות יחסית. לרוסים היו כעת מיליון חיילים סדירים ו-3.5 מיליון חיילי מילואים, בסיסים ימיים בולאדיבוסטוק ופורט-ארתור, ויחס זלזול מוחלט ב"קופים" היפנים (כפי שכינה אותם הצאר ניקולאי ה-2).
היפנים מצידם התייחסו בכובד ראש למלחמה עם רוסיה והתכוננו היטב. הצבא הסדיר היפני הוגדל לאחר מלחמת סין-יפן מ-7 ל-13 אוגדות ומנה 600,000 חיילים סדירים ומילואים. ציודו של הצבא היה חדיש, והחיילים התאמנו בלוחמת שלג. הצי גדל מ-32 ל-72 אוניות מלחמה. בסיועה של חברת "קרופ" הגרמנית (לימים חלק מתאגיד "טיסנקרופ") הוקם ב-1901 מפעל פלדה שייצר תותחים ורובים. יותר מכל, היפנים היו חדורי נאמנות למולדת וחשו כי הם נלחמים עבור הקיסר במלחמת אין-ברירה.
הזמן פעל לרעתם של היפנים, אך למרות הסיכון היה להם יותר סיכוי לנצח במלחמה אם תפרוץ מוקדם מאשר מאוחר. בתחילת 1904 חנה רוב הצבא הרוסי באירופה, ובמזרח הרחוק הוצבו רק 83,000 חיילים. אלה היו ברובם אנשי מילואים, ויחידות העילית הוצבו ברחבי האימפריה למניעת מהפכות. החורף היה הזמן הטוב ביותר לתקיפה יפנית, כאשר נמל ולאדיבוסטוק קפוא והצי הרוסי מרוכז בפורט-ארתור.
בתחילת פברואר 1904 החליטה הממשלה היפנית על מתקפה, וב-6 בחודש הודיעה לרוסיה על ניתוק היחסים. כח ימי יפני הפתיע את הצי הרוסי בפורט-ארתור והסב לו נזקים קשים. ספינות שטובעו בפתח הנמל ומוקשים ימיים שפוזרו הטילו מצור על הנמל ושיתקו את הצי הרוסי. במקביל תקף הצי היפני ושיתק שתי אוניות מלחמה רוסיות בקרבת קוריאה, וכך זכתה יפן לעליונות ימית מוחלטת באזור, ויכלה לשגר את חייליה ליבשת באין מפריע. הכרזת המלחמה של הקיסר על רוסיה עוררה רגשות פטריוטיים עזים ביפן, והפרלמנט אישר בלי התנגדות את תקציבי הצבא והמלחמה, כולל מיסים ומלוות.
המהירות וההפתעה היו הנשק העיקרי של היפנים. הם שאפו להשיג נצחון בזק על הכוחות המעטים באזור, לפני הגעתן של התגבורות הרוסיות מהמערב. הכוחות היפנים נחתו באזור סיאול והחלו להתקדם צפונה תוך לחימה. הכוחות הרוסים נסוגו מקוריאה והתבצרו מעבר לנהר יאלו, בשטח מנצ'וריה. באפריל ניסו הרוסים לשבור את המצור הימי על פורט-ארתור, אך נכשלו. במאי פרשו היפנים גשרים צפים על הנהר והפתיעו את הצבא הרוסי במכה ניצחת.
שתי ארמיות יפניות נוספות כבשו את חצי האי ליאודונג וניתקו את פורט-ארתור מהצבא הרוסי היבשתי. הן החלו לדחוק את הצבא הרוסי צפונה תוך קרבות קשים שהפילו חללים רבים בשני הצדדים. היתה זו המלחמה המודרנית הגדולה הראשונה של המאה ה-20, ושני הצדדים עשו שימוש בטכנולוגיה צבאית חדישה וטקטיקות שהותאמו ללוחמת לילה, מלחמת חפירות והרעשות מסיביות.
בספטמבר 1904 השלימו הרוסים את הקטע החסר במסילת הרכבת, אך המסילה היתה חד-נתיבית, והדבר הגביל את קצב הזרמת האספקה והחיילים. הרוסים הבינו כי תגבורת בדרך הים היא האפשרות היחידה. טורקיה, תחת השפעה בריטית, לא איפשרה את מעבר הצי הרוסי מהים השחור במיצרי הדרדנלים, ולפיכך באוקטובר 1904 שוגר הצי מהים הבלטי, שכלל 45 אוניות ו-18,000 נחתים, למסע של 33,000 ק"מ. הצי התפצל ליד גיברלטר, כאשר הספינות הקטנות פונות מזרחה לתעלת סואץ והגדולות דרומה להקיף את אפריקה, ובהמשך התאחד ליד מדגסקר. המסע ארך שבעה חודשים והיה רצוף בתקלות רבות.
בזמן זה עשו היפנים כל שיכלו כדי לכבוש את פורט-ארתור ולמנוע מהצי הבלטי לחבור אל הצי הפסיפי. הרוסים קיבלו הוראה להגן על הבסיס עד בוא הצי ויהי מה, אך בסוף 1904 מצבם של הנצורים היה קשה ביותר, והמפקד הרוסי הורה ב-1 בינואר 1905 להניף את הדגל הלבן בניגוד להוראת הצאר. היפנים לקחו בשבי כ-20,000 חיילים וקצינים, ומצאו מלאי גדול של תחמושת ומזון. היה זה נצחון חשוב ליפנים, וביפן נערכו תהלוכות נצחון רבות.
כעת פנו היפנים לגירוש הרוסים משטח מנצ'וריה. חמש ארמיות יפניות, כ-250,000 חיילים, התקדמו לכיוון מעוז הצבא הרוסי ליד העיר מוּקדֶן, שם התבצרו בקו הגנה כ-320,000 חיילים ו-1,000 תותחים. לאחר שבועיים של לחימה קשה בחזית שאורכה 150 ק"מ, גברו היפנים על הרוסים, וב-10 במרץ 1905 כבשו את מוקדן. יום זה נקבע כיום חג של הצבא היפני. רובו של הצבא הרוסי נסוג צפונה.
בחודש מאי 1905 הגיע סופסוף הצי הבלטי אל הים הצהוב. האדמירל הרוסי רוזֶ'סטבֶנסקי החליט להעביר את הצי דרך מיצרי צושימה שבין קוריאה ליפן, מתוך אמונה בכוחו של הצי, אך מקבילו היפני טמן לו מלכודת וקרב של יומיים התחולל במקום. רובו של הצי הבלטי הוטבע, ואוניות מעטות נמלטו לנמלי ולאדיבוסטוק ושנגחאי. הרוסים איבדו כ-9,000 איש ו-7,000 נוספים נפלו בשבי, כולל האדמירל רוז'סטבנסקי, לעומת כמה מאות הרוגים ופצועים יפנים בלבד. ה-27 במאי נקבע כיום חג של הצי היפני.
למרות הנצחונות המרשימים של היפנים, הכף החלה לנטות לרעתם. המלחמה עלתה 1.7 מיליארד ין, וקופת המדינה הלכה והתרוקנה; הכוחות היפנים בקוריאה ומנצ'וריה ספגו אבידות רבות במשך שנה וחצי; והלוגיסטיקה היתה ונותרה בעייתית. רוסיה מצידה היתה רחוקה ממיצוי כוחה. התגבורות המשיכו לזרום מזרחה, וכך רובם של מיליון וחצי החיילים הרוסים במנצ'וריה היו רעננים, לעומת חצי מיליון חיילים יפנים תשושי קרבות. למזלם של היפנים גם לרוסים נמאס מהמלחמה, וב-1905 החלו ניצני מהפכה, והיה חשש שמהלומה צבאית נוספת תהיה המסמר האחרון בארונו של שלטון הצאר.
נשיא ארה"ב הנייטרלית, תאודור רוזוולט, התבקש לתווך בין הצדדים. שיחות שלום החלו באוגוסט 1905 אך עלו על שרטון מיד, כאשר היפנים טענו לנצחון ובאו בדרישות של מנצחים. רוסיה טענה כי המלחמה הסתיימה ללא מנצח ברור ולכן יש לשאת ולתת על תנאי השלום. שר החוץ היפני קוֹמוּרָה, שייצג את ארצו, התבצר בעמדותיו ויעץ לממשלתו להתכונן להמשך הקרבות אם לא יצלח המו"מ, אך הממשל היפני נרתע מהמשך המלחמה. הנציג הרוסי ויטֶה, ראש מועצת השרים של הצאר, קיבל הוראה מהצאר לנתק מגע עם היפנים העקשנים ולשוב לרוסיה, אך הוא השתהה וקנה זמן במטרה למצוא פתרון. בסופו של דבר, בעזרתו של קיסר גרמניה וממשלת בריטניה, הגיעו הצדדים להסכמות, וב-5 בספטמבר 1905 נחתם הסכם השלום בבסיס חיל הים האמריקאי בפורטסמות, ניו המפשייר.
ההסכם קבע סדר חדש במזרח אסיה. רוסיה הכירה באינטרסים הפוליטיים והכלכליים של יפן בקוריאה, והלכה למעשה הכירה בקוריאה כמדינת חסות יפנית. רוסיה הסכימה להסיג את צבאה ממנצ'וריה ולוותר ליפן על פורט-ארתור (שנלקח מיפן עשר שנים לפני כן). דרום מנצ'וריה הפך מאזור השפעה רוסי לאזור השפעה יפני. יפן לא זכתה לפיצוי כספי כלשהו, מה שגרם לאכזבה יפנית קשה, וסין נותרה הריבון הרשמי במנצ'וריה (כאשר היא אולצה להכיר בזכויות היפניות באזור). האי סחאלין חולק בקו-הרוחב 50 בין רוסיה ויפן. על מאמציו הדיפלומטיים הרבים זכה רוזוולט בפרס נובל לשלום בשנת 1906, והיה האמריקאי הראשון שזוכה בפרס זה.
התנגשות בין כוחות פרשים יפנים ורוסים ב-1904, אי שם על אדמת קוריאה