Через десять дней после падения форта № II японцы проделали то же самое и с фортом № III. В подведенные под его бруствер минные галереи их саперы заложили 12 зарядов (свыше 6 тонн взрывчатки). Сильный взрыв поднял в воздух огромный столб земли, камней и обломков, в бруствере образовались две воронки диаметром в 10—12 метров. От сотрясения оказались разрушенными многие блиндажи, казармы, казематы, в форту вспыхнул пожар.
На момент взрыва гарнизон форта состоял из 240 человек: часть из них погибла, часть оказалась под обломками, часть получила отравление газами. Поэтому японская пехота смогла ворваться внутрь форта, почти не встретив сопротивления его деморализованных взрывом защитников. Остатки гарнизона форта, получив в подкрепление стрелковую роту и полуроту моряков с броненосца «Севастополь», организовали оборону в дворике укрепления, на батарее, а затем в одной из каменных казарм.
Японцы в бою за форт № III потеряли около тысячи человек пехотинцев убитыми и ранеными, но захватить его полностью к ночи так и не смогли. Комендант форта капитан Булгаков начал готовить контратаку, но неожиданно от генерал-лейтенанта Стесселя пришел приказ: форт оставить. Защитники его, сняв замки с орудий, унося раненых, отошли в соседние укрепления.
С падением фортов № II и № III оборона Порт-Артурской крепости оказалась, по существу, взломанной, поскольку японская осадная армия сумела вклиниться в линию крепостных укреплений. Но и в таком случае Порт-Артур был способен держаться. Для обсуждения сложившегося положения был созван Совет обороны. Из 22 его участников 19 высказались за безусловное продолжение активной обороны, за сковывание возможно больших сил противника на еще имеющихся укреплениях. Лишь полковник В.А. Рейс — начальник штаба Квантунского укрепленного района — прямо заявил о том, что дальнейшая оборона бессмысленна и необходимо как можно скорее начать переговоры с японским командованием о сдаче крепости.
При таком общем мнении председательствовавший на Совете обороны Стессель, подводя итоги заседания, присоединился к мнению большинства генералов и старших офицеров о необходимости дальнейшего продолжения обороны Порт-Артура. На следующий день он отправил на парусной шлюпке посыльного в Чифу, чтобы оттуда отправить телеграмму в Санкт-Петербург. В телеграмме на имя императора Николая II говорилось:
«Сегодня в 10-м часу утра японцы произвели взрыв бруствера форта № III… По занятии этого форта японцы делаются хозяевами всего Северо-Восточного фронта, и крепость продержится лишь несколько дней. Приму меры, чтобы не допустить резни на улицах. Цинга очень валит гарнизон. У меня под ружьем 10—11 тысяч, и они нездоровые…»
Это было открытое выступление за сдачу Порт-Артура. Факты, приводимые в телеграмме российскому государю, не соответствовали истинному положению дел. Так, начальник артиллерии крепости генерал-майор В.Ф. Белый говорил на Совете обороны, что, хотя материальная часть артиллерии сильно изношена, «снарядов еще хватает для обороны». Не соответствовали действительности и данные о численности гарнизона, поскольку после сдачи крепости на сборный пункт военнопленных явились более 23 тысяч военнослужащих.
Фигура начальника Квантунского укрепленного района Стесселя, ставшего в силу своего старшинства в воинском звании главным среди других генералов осажденного Порт-Артура, в русской армии выглядит одиозной. Известен, например, такой факт. Военный корреспондент Ножин писал в дни войны об этом военачальнике, о его личном отношении к рядовому русскому солдату:
«Знаете, — неожиданно сказал мне Стессель, — с русским солдатом, этой сволочью, нужно уметь обходиться. Он ничего не понимает, кроме кулака и водки. С кулаком и водкой с ним можно чудеса делать. Все эти гуманности, школы, которые завели у нас в армии, только портят его. Нет ничего хуже грамотного солдата — пьяница и неисправимый негодяй».
Бомбардировка Порт-Артура продолжалась. 13 декабря японцы взорвали мину под бруствером укрепления № 3. Однако минная галерея была подведена неудачно, и мощный взрыв не причинил никакого вреда укреплению. Вражеские саперы продолжили работу, и 18 декабря прозвучали еще два подземных взрыва. От последнего из них погиб почти весь гарнизон укрепления вместе с его комендантом. Японцы заняли высоту, установили на ней полевые пушки и пулеметы и начали фланговый огонь по Курганной батарее и Китайской стенке.
Вечером того же дня Стессель приказал отвести войска, до этого стойко оборонявшие Китайскую стенку, на вторую линию обороны, которая проходила между Курганной батареей и Большим Орлиным Гнездом. В 6 часов утра два японских пехотных полка без потерь заняли Китайскую стенку и укрепились там.
19 декабря 1904 года (1 января 1905 года по новому стилю) — на 156-й день обороны Порт-Артура японцы атаковали по всему Восточному фронту. Одновременно осадные батареи повели огонь по второй линии крепостной обороны. Под прикрытием артиллерийских залпов японская пехота начала яростный штурм Большого Орлиного Гнезда. Гарнизон русского укрепления во главе с капитаном Галицким мужественно отбил эту атаку, потеряв при этом 64 солдата из 70. Генерал-майор Горбатовский послал… на гору свой последний резерв — роту моряков.
Моряки-десантники подоспели вовремя — японская пехота начала новый штурм Большого Орлиного Гнезда. Была отбита и эта атака. После полудня комендант горы капитан Галицкий донес в штаб, что вражеская артиллерия засыпает высоту 11 -дюймовыми снарядами. Комендант писал в донесении: «Надеюсь на Бога и русского солдата». В тот день после первого приступа защитники высоты отбили еще пять неприятельских атак.
Ряды защитников Большого Орлиного Гнезда таяли с каждым часом. Фок не захотел, как это делал в трудные минуты японских штурмов Кондратенко, снять часть сил с неатакуемых укреплений и послать их в самое пекло боя. Во второй половине дня вражеский снаряд попал в сложенные на вершине горы ручные гранаты и лишил защитников горы такого надежного оружия. Участь укрепления после этого взрыва была предрешена, и вскоре на вершину горы в большом числе ворвались японцы.
Около трех часов дня в штабе крепости была получена телефонограмма: «Орлиное очищено нами…» Остатки его гарнизона с оружием перешли на Митрофаньевскую гору. Последними оставили Большое Орлиное Гнездо фельдфебель десантной роты с эскадренного броненосца «Победа» Булыгин и матрос Назимов. Уходя, они вынесли из боя тяжело раненного командира десантной роты лейтенанта Тимирева.
В ночь на 20 декабря по приказу Фока были оставлены Малое Орлиное Гнездо, Куропаткинский люнет, литерная батарея «Б», Залитерная батарея. В силу этого положение Восточного фронта еще более ухудшилось. Горбатовский попытался было воспротивиться такому приказу начальника сухопутной обороны крепости, но безуспешно.
Почти сразу после захвата японцами Большого Орлиного Гнезда, в 15 часов 50 минут, Фок направил Стесселю доклад о том, что он считает невозможным дальнейшее удержание Восточного фронта. Стессель согласился со своим ближайшим помощником и приказал начальнику своего штаба полковнику Рейсу составить на английском языке на имя командующего японской осадной 3-й армией генерал-полковника Ноги письмо с предложением о сдаче крепости. В начале 17-го часа 19 декабря офицер штаба Квантунского укрепленного района был отправлен с этим письмом на японские аванпосты.
Удостоверившись в том, что письмо с предложением сдачи крепости попало в штаб Ноги, Стессель приказал контр-адмиралу Вирену взорвать в течение ночи уже затопленные эскадренные броненосцы и крейсера. Поздно вечером с Золотой горы были поданы условные сигналы. Во внутренней гавани загремели сильные взрывы. Чтобы затруднить вход в нее, на фарватере были затоплены крейсера «Джигит» и «Разбойник», несколько других судов. Здесь же был сожжен пароход-буксир «Силач».
На глубине 50 метров в Желтом море был затоплен эскадренный броненосец «Севастополь», на котором были открыты кингстоны. Последним покинул героический корабль порт-артурской эпопеи его командир капитан 1-го ранга Эссен. Недалеко от «Севастополя» на внешнем рейде была взорвана канонерская лодка «Отважный».