后撤的战机，向俄军发动猛攻，在3月9日成功的突破了俄军防线，从左翼迂回奉天的侧后方。而在同一天，右翼的日本第3军己经迂回到了俄国第2集团军后方，左右两翼几乎是齐头并进，俄军面临被全面包围的危险境地。
面对着危急的局面，库罗帕特金失去了坚守的勇气，于3月9日夜间下令放弃沈阳，全军向铁岭方向撤退。但由于俄军糟糕的组织能力，使得撤退变得极为混乱，大量的物资被抛弃，而本应负责断后掩护的骑兵竟于步兵和炮兵撤退，而携带的辎重太多，以至堵塞了道路，部队又屡屡遭到日军炮击。
好在是经过了连日的激战，也使日军十分疲劳，而且弹药也出现缺乏，这到不是日军的调度、组织出了问题，而是日本国内的产能有限，战争的潜力己达经到了极限。因此也无力再追击俄军，只是在3月1 0日进驻到俄军放弃的沈阳城，3月1 1日，日第1、第3军在浑河地区会师，进而占领了昌图。而俄军则一直逃到了四平才稳住阵脚。
至此，奉天战役全部结束，双方在昌图至四平之间的地区再度对持起来，只不过日军将阵线向北推进了约150公里。
奉天战役是日俄战争开战以来进行的最大规模、兵力最多、持秩时间最长的一次会战，双方投入的兵力共计超过了60万，战线超过了200公里，时间长达17天，战争以日军的获胜而告终，日军伤亡约7万余人，而俄军伤亡11万5千余人，而且基本退出了辽东半岛的范围。
而在奉天战役结束之后，欧洲各国的舆论几乎都一至认为俄国已经输掉了这场战争。法国政治家格莱曼认为：“这场战争将改变世界的格局，日本将跨入强国之列，而法俄同盟已变成了法国的负担。”
就连俄国的报纸也强调应结束战争了：“俄国已陷入全般绝望之处境，现在放弃殖民地政策并非耻辱。”
俄国前财务大臣维特也在给沙皇尼古拉二世的建议书中表示：“继续战争危险重重”，理由是继续战争将造成财政失衡、加重国民负担，引发社会不满、冲突和动荡；相比之下，国内更需要军队，因此应该立刻与日本进行琐判等等。
而刚收到奉天战役失利的消息，尼古拉二世也十分震惊，立刻就招开御前会议，讨论战争的进程，不过在会议上，却没有一个人提出结束战争或与日本谈判，而是仍决定继续战斗。
海军大臣阿维兰表示：“波罗的海舰队尚在，必要时可投入全部海上力量，赢取海上胜利，孤立满州日军。”
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