В результате строить передовую линию сухопутной обороны на тех самых господствующих высотах по левому борту долины реки Седанки пришлось уже непосредственно во время Русско-японской войны 1904–1905 годов. Войска при этом проявили отчаянный героизм, так как часть работ пришлось вести при морозах до –20⁰ C под порывами ледяного шквалистого ветра да ещё и в твёрдом скальном грунте. Из-за просчётов Военного министерства численность гарнизона крепости по Высочайше утверждённому плану и так была слишком мала (должна была составить 12 тысяч человек при 300 орудиях полевых и крепостных), но фактически к началу войны с Японией в крепости под ружьём находились лишь 8650 человек.
Владивосток во время Русско-японской войны 1904–1905 годов
Единственный боевой эпизод за всю Русско-японскую войну во Владивостоке случился 22 февраля 1904 года, когда город был обстрелян японцами с моря. В 8 часов 50 минут утра к югу от острова Аскольд показалась неприятельская эскадра. В 9:45 гарнизон предварительно определил, что она состоит из пяти броненосцев и двух крейсеров 1-го класса.
В 11 часов утра японская эскадра под командованием контр-адмирала Х. Камимуры в составе пяти новейших башенных броненосных крейсеров («Адзума», «Ивате», «Идзумо», «Якумо», «Асама») и двух лёгких («Касаги» и «Иошино») вошла в Уссурийский залив, оставила оба лёгких крейсера у острова Аскольд и двинулась вглубь Уссурийского залива, не подходя к берегу ближе чем на 15 вёрст, то есть оставаясь вне обстрела и досягаемости всех батарей восточного берегового фронта.
Сближение с берегом эскадра начала после прохождения створной линии горы Святого Иосифа — Уссурийской батареи, держась за пределом дальности батарей Петропавловской группы. Подойдя на расстояние около 8 километров к полуострову Басаргина, японские корабли в 13 часов 30 минут открыли огонь по оборонительным сооружениям крепости и восточной части города. Всего было выпущено свыше 200 снарядов. Прямому обстрелу подверглись строящаяся береговая батарея в бухте Соболь, форты Суворова и Линевича, а также Уссурийская батарея и полуостров Басаргина. Перекидному огню — вся долина реки Объяснения и бухты Золотой Рог до западной оконечности казарм Сибирского флотского экипажа. В городе был убит один человек, ещё один ранен, а около Уссурийской батареи был убит рабочий-китаец. Серьёзных разрушений не было.
Из-за неготовности береговых батарей на побережье Уссурийского залива, недостаточной дальности огня мортир Уссурийской батареи на горе Монастырской, которые, как отмечал впоследствии К.И. Величко, «никому и ничему не могли учинить вреда» (до предельной дальности орудий этой батареи японцы не дошли только 400 сажен, то есть примерно 850 метров), а также из-за заслонённости японских кораблей полуостровом Басаргина от прямого обстрела группы Петропавловских батарей и Новосильцевской батареи крепость не смогла ответить на огонь. Кроме того, из-за сильного мороза клиновые замки орудий, имевшие в качестве обтюраторов (герметизирующих прокладок, предотвращающих прорыв пороховых газов при выстреле) кожаные подушки с говяжьим салом, намертво примёрзли к казенникам. Зима–весна 1904 года были во Владивостоке необычайно холодными, Уссурийский залив был в значительной степени покрыт льдом.
Тем не менее значение Владивостока в годы войны было велико. Крепость была базой Владивостокского отряда крейсеров, рейды которых причинили много бед японцам и продлили почти на месяц время обороны Порт-Артура: вместе с транспортом «Хитачи-Мару» были потоплены первые 18 перевозимых для его обстрела 11-дюймовых гаубиц, таким образом была сорвана первая попытка перебросить на континент ту самую крупнокалиберную артиллерию, которая в итоге и решила судьбу этой крепости. Именно из-за наличия во Владивостоке крепости, которая ко времени падения Порт-Артура превосходила его по всем параметрам, в японском Генеральном штабе отошли от первоначального плана кампании, предусматривающего дальнейший удар по Южно-Уссурийскому краю и Владивостоку, и напали вместо этого на почти беззащитный остров Сахалин.