徐邦道说服姜桂题、程允和等人率各部共计3000余人，再往土城子主动出击。

清晨，日军少将西宽二郎率领步兵第三联队、一个骑兵中队、一个炮兵中队、一个工兵大队作为前卫部队，经营城子、双台沟向旅顺进发。

秋山好古率右翼纵队搜索骑兵作为先锋，从三十里堡首先出发。秋山好古参与数次日本对外侵略战争，毕业于陆军士官学校，到法国留学，日本最高军衔的陆军大将，好战，好杀戮，是日本对外侵略的重要将领，唯一的骑兵名将，

到达三涧堡后，日军部队抵达土城子一带。立即将骑兵第二中队派往土城子警戒，秋山发现清军200余人已占领土城子南方高地。命令搜索队向三涧堡东侧散开，准备战斗。被埋伏在土城子南面高地上的程允和部队发现。秋山命令向清军射击，双方开始激战。

大清是马上得天下，这只骑兵队是满八旗的镶蓝旗下，虽然久未征战也还有些战力，而日本人的骑兵指挥则是一个叫龟田一郎骑兵中队长，据说他们的骑兵教练是一些法国人，从单兵素养和战术布置的训练都是比照法国骑兵队，且有些个年头了。起初两边的骑兵对战是日本人略占上风。日军根据过去的经验，清军看到日军就会立即逃跑。但是，这里的清军不仅一步也不后退，而且奋勇前进。

这时，程允和不断向前沿阵地增兵，指挥清军向日军猛扑过去，随着清军兵力的增加，日军骑兵陷入劣势，秋山好古发现清军兵力还在不断增加。估计清军已经有五六百人。日军准备抢先占有利地形。程允和部队已到达土城子以西地带，与姜桂题部形成钩状，把日军包围起来。

清军吹着军号，擎着赤黄色的旗帜，向日军发起进攻。清军人数甚多，西山步兵约700、骑兵200，前面步兵约1000多，左边步兵约500、炮5门，骑兵50，各高举旗帜冲向日军。

双方交战不久，清军就将浅川敏靖左臂击伤，并将其从马上击落在地。浅川敏靖所率领的第二中队也随之被击溃，日军伤亡者众多，饭尾金弥被击毙，木村松源等被击伤。

秋山少古率领的骑兵在人数上处于劣势，根本就无力抵挡清军的进攻，清军居高临下向日军猛烈射击。然后逐步将日军分隔包围各个击破，秋山好古无力抵挡，见势不妙不得不命令日军部队向北突围，去请求救兵支援。清军紧追不舍，如潮水般涌向日军，呐喊声如万雷齐鸣，子弹如雨点般纷飞，硝烟弥漫。战斗十分激烈，

然而，秋山好古的先锋队刚撤退到土城子东面的周家屯时，忽然遇一支雷霆纵队的侦查队突击队迎头打过来，突击队员的密集扫射，使先锋队又陷入困境。秋山好古派快马向旅团部求援。

日军第三联军丸井正亚少佐接到求援报告，立即派遣步兵第三中队前往土城子增援。