一、瑷珲和呼伦贝尔方向的作战及黑龙江省的陷落
瑷珲（今爱辉县爱辉乡），位于黑龙江中游右岸，与它隔江相望的是江东六十四屯，由瑷珲副都统管辖。瑷珲北面的黑河屯（今爱辉县）则同沙俄边城海兰泡隔江相望。小兴安岭自西北向东南长约四百公里，海拔六百至一千米，是黑龙江省北部的天然屏障。瑷珲方向驻有清军步，骑兵十六个营，由瑷珲副都统凤翔指挥，守卫着南至富拉尔基屯，北至五道霍洛卡之间约七十五公里的江岸。守军装备有钢制火炮八门，旧式火炮十六门，水师营有小船十余艘。
毁军在海兰泡集中了步兵三个营又三个连、骑兵七个连、炮兵两个连，加上地方部队及其它武装力量两千余人，共约七千余人，配有二十八门火炮。由格里勃斯基中将指挥。
7月15日，海兰泡俄军企图从黑河屯偷渡过江，被清军击退。16日，俄军大肆搜捕海兰泡中国居民。次日上午，俄军将三千余名中国居民赶至黑龙江边，进行惨绝人寰的大屠杀。“俄兵各持刀斧，东砍西劈，断尸扮骨”。至21日，五六千中国同胞惨遭杀害，致使“骸骨飘溢，蔽满江岸”。与此同时，俄军马队焚烧江东六十四屯，并将七千多居民驱入江中溺死。列宁曾在《火星报》上发表文章，强烈谴责沙俄侵略者“杀人放火，把村庄烧光，把老百姓驱入黑龙江中活活淹死，枪杀和刺死手无时铁的居民和他们的妻子儿女”等野兽般的暴行。
沙俄侵略军的兽行，激起了瑷珲人民和清军官兵的无比义愤。凤翔于7月17日晚派船按运难民，并令千余清军从下游过江，抄袭俄军后路。18日凌晨，渡江清军袭击俄军博尔多屯哨所，同五百名俄军激战四个多小时，毙伤敌人百余名，焚毁弹药库一座。当晚，清军撤回瑷珲。
为了保证黑龙江的航运和加强进攻瑷珲的俄军兵力，格罗杰科夫按照原定方案，于7月下旬从伯力和斯特列津斯克两地，调遣步兵九个营、骑兵三个连、炮兵一个连，携各种火炮四十门，组成两支增援部队，沿黑龙江两岸西进。这支俄军沿途捣毁清军各哨卡，于8月初抵达海兰泡。
8月2日，俄军开始进攻瑷珲。为迷惑清军，俄军一部由瑷珲对岸渡江佯攻，主力则由苏鲍齐奇少将率领，从黑河屯上游偷渡过江。驻守黑河屯一带的三营清军，在统领崇昆山指挥下凭壕坚守，同上岸俄军激战四小时后，退守瑷珲。俄军一万四千余人，于4日晨越过瑷珲北面的卡伦山，从北、东、南三面进攻瑷珲城。守军三千余人顽强抵御，城内的义和团及居民也奋起参战。俄军以优势炮火猛轰城垣。激战一天后，守军不支，由凤翔率领撤至城西南四十余公里的北二龙和额雨尔（驿站）一带的山口。撤退过程中，有三百余名清军于城郊被俄军包围，最后全部牺牲。8月5日，俄军入城，城内居民同侵略者逐屋争夺，一千五百余人英勇战死。俄军每前进一步，都付出了很大的代价。
俄军攻占瑷珲后，即调整部署。苏鲍齐奇被晋升为中将，并奉命前往旅顺，负责指挥奉天方向的作战，同时调一部分俄军随同前往，以增加南战场的兵力。其余俄军由伦年卡姆普夫指挥，继续追击清军。8月6日，伦年卡姆普夫率领四个半连骑兵组成的“快速支队”，携火炮两门，直逼额雨尔。其余俄军除守城者外，随后跟进。
退守额雨尔的清军，依山挖壕筑垒，凭险坚守。俄军逼近后，清军突然发炮轰击，毙伤敌四十人，予俄军“快速支队”以迎头痛击。俄军在正面进攻受挫后，便派一个连从右翼迂回至清军侧后。凤翔见两面受敌，又见俄军援兵赶到，乃率部退守北大岭山口（今大青山）。
北大岭山口森林密布，地势险要，是小兴安岭的重要隘口。凤翔率部（八九个营约四千人）退守该地后，又从省城开来两营援军，兵力增至五千人，并有火炮十门。当地鄂伦春族人民，也组织骑队约五百人，自动前来参战。凤翔决定利用有利地形，于山口两侧挖掘战壕，将部队荫蔽于壕内，诱敌深入岭底，然后从两侧发起突然攻击。8月13日（一说8月10日），俄军“快速支队”进入北大岭山口，埋伏在两侧的清军，出敌不意，枪炮齐发，猛击俄军。鄂伦春骑队也勇敢杀敌。俄军遭此伏击，乱作一团，仓皇后撤。凤翔督军趁势追击三十余里，杀敌甚众。正当清军勇猛追敌之际，凤翔不幸堕马牺牲。凤翔自瑷珲交战以来，左腿右臂先后受伤，仍然身先士卒，指挥清军英勇顽强地抗击数倍于己的侵略军，是一位出色的爱国将领。他牺牲后，山镇边新军后路统领恒玉署理北路翼长，率领清军继续构筑工事，扼守北大岭山口。
伦年卡姆普夫在“快速支队”两次受挫后，认为“以现有骑兵部队的兵力不可能在山地作战”。8月15日，其后续部队到达后，便调整部署，改变战术；先以炮兵逼近北大岭山口，用二十余门火炮轰击山口两侧的清军阵地；同时利用山林和夜暗，派出两营步兵迂回至清军侧后，攻击清军的辎重队。清军腹背受敌，被迫于16日撤往墨尔根。此时，该路清军仅剩七百余人，由恒玉率领退守讷谟尔河南岸。8月17日，俄军占领墨尔根后，暂停进攻，等待西北路俄军到达后，再会攻齐齐哈尔。
正当北部清军在瑷珲抗击俄军时，西北部呼伦贝尔一带的清军也展开了抗击俄军的作战。
西北部的清军由呼伦贝尔副都统兼翼长依兴阿指挥，共有步骑兵十个营，装备克虏伯炮四门，小钢炮两门。呼伦贝尔西北有大道直通粗鲁海图，西面则有正在修建的中东铁路通往阿巴该图方向。
沙俄陆军部原命西北路俄军由粗鲁海图发起进攻。依兴阿发现俄军这一企图后，“以重兵北扼粗鲁海图，……复以偏师驻扎海拉儿〔尔〕河两岸，西扼阿普〔巴〕该图”。俄军发觉清军上述部署后，便改变了进攻路线。7月25日，奥尔罗夫少将率步兵四个营又一个连，骑兵一个团又三个连，骑炮兵一个连，随带六门火炮，改从阿巴该图进犯完工车站。呼伦贝尔副都统依兴阿闻讯后，急派统领全德率步骑五个营驰往完工迎战。该部于7月29日出发，次日同敌军遭遇。俄军以火炮轰击清军，步兵由正面进攻，骑兵冲击清军左翼。清军立足未稳、仓卒按战，伤亡九百余人。呼伦贝尔城一带的守军纪律松弛，且有不少是新募之兵，当得知完工战败的消息后，即“漫散逃走，衙署官兵亦皆因之逃窜一空”。7月31日，依兴阿放弃呼沦贝尔，率部退守雅克岭，“以为省城西路之藩篱”。俄军占领呼沦贝尔后，血腥屠杀居民三千余人。
雅克岭原有义胜军左路五营防守，加上从完工撤退的清军，共约九个营。8月8日，俄军“快速支队”约六七个连追至岭前，见地势险峻，未敢进攻，就地停止待援。8月10日，清军各路统领会商，决定由统领保全率镇边陈军四营，统领吉祥率义胜军二营出岭截击孤军深入的俄军。8月11～13日，出击的清军三战三胜，“踏破俄营九座，压迫二百余里”。14日晨，清军紧迫至呼伦贝尔附近的小桥子，黑山嘴一带。由于同样犯了孤军深入、后援不继的错误，被俄军大队四面包围。清军在突围中死伤甚众，统领保全中弹阵亡，吉祥被迫督队后撤。不久，奥尔罗夫率俄军主力向雅克岭发起攻击，并派先头部队从火燎沟口抄袭清军后路。清军前后遭敌炮击，部队溃败，雅克岭被俄军侵占。
北路小兴安岭的要隘北大岭山口和西北路大兴安岭的重要据点雅克岭阵地的失守，使省城齐齐哈尔失去了两大屏障。俄军遂从北路、西北路长驱直入。8月21日，北路俄军进入博尔多（今讷河），抵达讷漠尔河北岸。在此严重形势下，寿山指令恒玉坚守讷谟尔河南岸，令副都统萨保在省城齐齐哈尔挖壕固守，同时还加紧操练义和团，“恃为长城”。正当寿山准备继续抗战时，忽然接到了清廷于8月7日命李鸿章为全权大臣向八国联军求和的上谕。鉴于“朝廷业已遣使求和”，东北亦不能例外，寿山遂派程德全赴讷漠尔河北岸俄军军营议和。8月25日，双方议定：俄军不得进入齐齐哈尔城内，只驻于城外。8月28日，俄军抵达城郊时，竟背信弃义地炮击后撤的清军。寿山见大局已不堪收拾，于8月30日自杀身亡。俄军于当天占领齐齐哈尔，清军南撤至伯都讷。西北路俄军在越过大兴安岭后，于8月30日占富拉尔基，9月4日与北路俄军会师于齐齐哈尔。俄军将市内的军械、粮饷，财物抢劫一空。9月6日，伦年卡姆普夫率突击队由齐齐哈尔出发，向伯都讷、长春、吉林方向进犯。
在黑龙江省的抗战中，全省大部分军民表现出了同敌人血战到底的英勇气概。黑龙江将军寿山，在上受朝廷压制，周围有投降派梗阻的情况下，仍然积极领导黑龙江省清军英勇抗敌。在他的影响下，不少爱国官兵拚死作战，血染战场。尤其可贵的是，寿山在临死前仍上奏朝廷，建议将来收复黑龙江省之后，实行招民开荒，屯垦戍边，充实边防的政策，使黑龙江成为“内政孔修，外侮足御”的富强之省。象寿山这样积极抗战，至死不忘祖国山河的清军将领，在当时是为数不多的。
黑龙江省如此迅速地失陷，从客观上看，主要由于清军兵械两绌。以三十六个营分守四千多公里的水陆边界和腹地要点，兵力显然不足，且分兵各处，难于互相应援，因而在大小兴安岭主要隘口失守后，清军已无力组织有效的抵抗。从主观上看，与寿山的作战指挥不尽得当也有关系。7月初，寿山虽相对集中兵力，加强了边沿城镇的防御，也有扼守陆路要地和截击深入腹地之敌的考虑，但在实际部署上，却没有真正做到。边沿城镇失守后，部队只得在后撤过程中临时构筑工事，仓卒防御。这种防御，只能阻挡小股俄军于一时，难以抗击共主力部队的进攻。在战斗中，清军只注意正面阻击敌人，忽视了俄军的迂回包抄战术，以致几个重要隘口都是在腹背受敌情况下失守的。此外，寿山最后轻信“协议”，准许俄军进驻齐齐哈尔城外，又不采取有力的防范措施，结果在后撤时遭敌炮击，齐齐哈尔为俄军轻易攻占，这不能不说是一大失策。