7月18日，北方集團軍正式對上烏丁斯克發起了進攻，藍天蔚指揮紅軍第七師從城市西北方發起進攻，這也是紅軍的主攻方向。
上烏丁斯克位於色楞格河、烏達河的交叉點西北方，南、東兩個方向都有河流，只有西面和北面是平原地區，因此俄軍對於城市西北方的防禦也最為盡心，防禦工事都已經修到了城外，不過因為時間過於緊迫，城外的工事修的只能說是相當的粗糙。
藍天蔚和蔡鍔觀察了上烏丁斯克的城市外圍防禦後，決定還是從西北方打開缺口，因為只有這個方向才有空間展開部隊。戰鬥的開始，是由77門火炮的轟鳴聲發起的。
在經歷了張家口圍殲戰、對新色楞金斯克的攻城戰後，紅軍上下至少掌握了這樣一個原則，那就是攻堅戰必須要有炮火準備，雖然炮火未必能夠清理掉敵人的工事，可至少能夠清理掉一部分明顯的防禦工事，並打亂敵人的防禦體系，為步兵進攻清除了不少障礙。
第七師這77門火炮，差不多已經佔據了北方集團手中擁有的身管火炮數量的四成，迫擊炮數量並不計算在內。而對面城內的俄軍總共也就不到40門大炮，並無迫擊炮的編製，其在西北方布置了大約20餘門大炮，數量僅為第七師火炮數量的四分之一強。
於是在一開始的火炮對射中，暴露了自己位置的俄軍火炮很快就遭到了中國火炮的覆蓋射擊，頑固的按照俄軍戰術條例展開火炮壓制射擊的俄炮兵，在開戰之處就輕易的損失了十餘門大炮，這直接就影響到了之後的守城戰。
在第七師火炮陣地一口氣打出了6000多枚炮彈後，俄軍的陣地上一片狼藉，城市西北邊緣地區的房子也大半變成了廢墟，不少陣地上的俄軍甚至已經開始偷偷跑路了。看到俄軍陣地上火炮完全的沉默，藍天蔚終於下達了停止炮擊，進入步兵進攻的階段。
蔣衛平帶著先攻連等候在城市西北約2公里處，接到命令之後，他就帶著部下們向著依然硝煙瀰漫的敵軍陣地衝去了。像他這樣的先攻連至少有七八支，幾乎在城市西北形成了一個扇形攻擊面，在他們的身後是普通的步兵連隊，預備在他們打開缺口之後，繼續向城市內部進攻。
蔣衛平很快就發現，將近一個小時的炮火準備確實有效，敵軍的第一道防線幾乎就沒遇到什麼抵抗，他們衝到近前時，防線上的俄軍士兵已經開始向後掉頭跑路了，只有寥寥幾人還能拿起槍朝著他們射擊，不過這些人很快就被射殺或被手榴彈炸死了。
在第二道防線上，俄軍終於組織起了抵抗，不過這種抵抗也是有強有弱，防線保存的比較好的地方，俄軍組織起的抵抗就比較完整，被炮火犁過一遍的地方，俄軍的抵抗就比較微弱了。面對這種局面，蔣衛平很快就瞄準了敵軍防禦較弱的區域，指揮部下接近防線，然後投擲手榴彈。
第二道防線雖然是俄軍修建的比較完備的防線，但也只是一道半人高的壕溝加上挖出的黑土堆積在溝旁的胸牆，雖然能夠遮蔽住俄軍士兵的身影，可是這道壕溝幾乎是平直的，也就是說炮彈和手榴彈只要投擲進壕溝，就能炸上一大片，壕溝內的士兵連躲都沒地方躲。
當蔣衛平帶人沖入壕溝中後，俄軍的防線很快就被撕開了一道口子，接著各處防線上這樣的口子開始不斷出現，很快俄軍第二道防線也就崩潰了。城市外圍俄軍一共也就布置了兩道防線，結果還不到4個小時，這兩道防線就都被中國人攻下了，城市的邊緣也就完全的暴露了出來。
城市內的俄軍開始更加的慌亂了起來，一些軍官們甚至開始在軍事會議上互相攻擊對方，試圖把城市外圍防禦不利的責任推給其他人。面對會上軍官們的爭吵，克羅恰耶夫上校面色鐵青卻又無計可施，他畢竟只是一個邊遠地區的上校，而這裡的不少軍官則來自於歐洲地區，有的人甚至是從彼得堡過來的，他拿什麼去壓制他們？說多了，反而容易被這些軍官聯手把責任歸咎於自己，赤塔來的伊凡諾夫上校現在就不肯再發言了。
為什麼外圍的防線這麼輕易被中國人突破了，老實說克羅恰耶夫上校並不是沒有看法的，他認為最主要的原因就是，上烏丁斯克缺乏一個真正能夠統籌全局的人物。
哈爾琴科長官名義上統籌全局，但他對軍事一知半解，也缺乏整理軍隊的決心，被俘的莫依謝夫上校，他和伊凡諾夫上校，名義上都是哈爾琴科的軍事輔佐官，但是他們三人並沒有真正得到彼得堡的授權總理軍事問題，這就使得三人都不願意承擔過多的責任。
上烏丁斯克州被中國人進攻，這一仗就算是打贏了也不會有多少功績，不過是替上烏丁斯克州的官員們減輕一點罪責而已，因為沒有那個俄國人會認為中國人有能力打進俄國境內，除非當地的官員實在是太差勁了。
哪怕滿洲作戰中俄軍在中國人身上連連受挫，那也是在中國境內俄軍的攻擊受挫，中國人主動發起的進攻，俄軍還沒有遇到過。真正讓俄國人感到焦慮的，其實只有日本人，畢竟在海戰中日本取得了毫無疑問的勝利，哪怕日本人靠著偷襲加入了這場戰爭。
可以說，過去俄國輿論對中日的貶低，實在是太過深入人心，以至於哪怕俄軍在滿洲碰的頭破血流，俄國民眾第一反應不是中日過於強大了，而是在腐敗的官僚統治下，俄國變得過於虛弱了，居然連那麼弱小的中國和日本都打不過。
這也是當海參崴失陷，太平洋第二艦隊覆沒的消息傳到歐洲後，俄國人民並沒有爆發出對日本的仇恨，反而把仇恨轉向了彼得堡的原因。俄國人民並沒有認為俄國是在軍事上打不過中日才導致了失敗，而是認為這首先是政治上的失敗，是一群無能的大臣領導了俄國，才使得俄國遭受了如此屈辱。
在這樣的情緒下，守住上烏丁斯克是應該的，守不住就是混蛋。這也是伊爾庫茨克和赤塔的將軍都不肯出現在上烏丁斯克的原因，他們擔心自己會成為戰後的替罪羊。這種消極的思想同樣傳給了克羅恰耶夫上校和伊凡諾夫上校，特別是在莫依謝夫上校被俘後，軍事法庭對於這位上校的缺席審判，更是讓他們不肯主動承擔起責任來了。
哪怕現在中國人已經突破了上烏丁斯克的外圍防線，克羅恰耶夫上校思考再三後，依然還是決定讓大家一起負責，這個時候站出來拿主意，就和直接在戰後走上軍事法庭的被告席也沒什麼區別了。
因為彼得堡肯定不會承認，中國人是靠著自己的實力攻下上烏丁斯克的，所以只能是負責守衛上烏丁斯克的軍事指揮官做出了錯誤的判斷，才會導致這一惡劣的結果。因為沙皇總不能承認，是自己的愚蠢才導致了這場愚蠢的戰爭真的爆發了，主張從軟弱的中國人身上割取滿洲和外蒙古建立黃俄羅斯，這可是沙皇自己想出來的絕妙計畫。
最終這場會議什麼調整的計畫都沒做出來，克羅恰耶夫上校和伊凡諾夫上校都主張大家應該各盡其責，做好自己分內的工作，畢竟他們在城內還有近三萬兵力，只要大家拚死作戰，中國人又怎麼可能輕易的攻入城中？
至於上烏丁斯克是否能夠守住，大家都把期望寄托在了上帝和彼得堡身上。不過很顯然，上帝並沒有聽到他們的祈禱，而彼得堡現在也已經無能為力了。奉天會戰的失敗傳回歐洲後，六月下旬敖德薩的工人和農民發起了暴動，奉命前往鎮壓的黑海艦隊軍艦波將金號，因為被工農運動所激勵爆發了水兵起義，軍艦上最令水兵痛恨的軍官被絞死。
這還是羅曼諾夫王朝建立以來的第一次，沙皇的軍隊起來反抗沙皇的統治。唯一的問題就是，波將金號上的水兵抵達敖德薩港後，試圖聯絡罷工的工人發動反對君主制度的起義時，並沒有獲得領導工人總罷工的社會民主工黨委員會的支持。
因為該委員會中孟什維克佔據了多數，他們並不打算反對君主制，而是要求沙皇實施立憲。在這樣的關鍵時刻，孟什維克出賣力量革命的水兵，從而讓沙皇政府調集了軍隊沖入了港口，隔離了水兵和工人之間的聯繫。
敖德薩的工人和農民的暴動，可以說從一開始就缺乏了革命理念的主導。敖德薩作為黑海的貿易港，是南俄地區的糧食主要出口港，但是因為俄黑海艦隊之前冒充商船進入地中海，在紅海裝上大炮攔截日本和中國商船，激怒了英國人，從而讓英國人下令封鎖了土耳其海峽，這就使得敖德薩的糧食輸出貿易被封鎖了。
作為一個貿易港，敖德薩失去了貿易往來，市面上一下就蕭條了起來，再加上敖德薩附近的農民因為無法出口糧食償還自己的債務，許多人都陷入了破產的邊緣。五一節各地工人運動的蓬勃興起，同樣也讓敖德薩充滿了危機，這個時候俄國的官吏再一次使出了慣用的招數，把問題推給猶太人，試圖用一次排猶運動來消滅工人暴動的風險。
不過這一次敖德薩的猶太人早就有了防備，他們之前就一直和敖德薩的工人團體保持著聯絡，當反猶主義出現後，他們立刻就提出了反對君主專制的工人罷工運動。雖然因為孟什維克的阻擾，罷工工人沒能和革命水兵展開聯合，但是卻引發了全俄進一步的工人罷工運動。此時的彼得堡已經無暇再關心遠東的戰爭，他們的注意力完全的放在了有可能出現的全國革命上了。