此时，俄军孤军深入，弹药粮草供给没有跟上，加上正值严冬季节，冻伤者日益增多。如果清军抓住战机，打其立足未稳，完全可以重创俄军，一举收复海城。但范铁锡等三个旗队都在沈阳窝冬，海城这样的战略要地无兵驻守。直到海城丢失后才得到消息。

端华赶紧派出范铁锡和马千山两个旗队，力求“歼敌一部”。

2月6日，两旗队由鞍山分路南下。左路进至头河堡子、右路进至波罗堡子、二台子一线，在连绵5公里的战线上，对海城形成半月形包围。

此时，驻守海城的俄军，在城北以欢喜山为中央阵地，列大炮于山顶以待。左翼以两个步兵连防守教军场、徐家园子。在徐家园子构筑炮兵阵地，排列有2门大炮进行防守；

右翼以双龙山为据点，用两个营防守辽阳至海城大道；以个团防守晾甲山。另将大批预备队配置在海城西门至南门。

7日早时左右，范铁锡旗队进至海城东北的双龙山，轮番仰攻，遭到守备俄军的炮击，未及阵前便亡兵勇60余名。在此情况下，其他兵勇怯阵畏敌，缺少再次进攻的勇气，俄军抓住战机，居高临下主动出击，将清军一举击溃，被迫退往柳河子。

马千山旗队初时进展比较顺利，于0时左右占领二台子。午后时又把炮兵列阵于波罗堡子，以猛烈炮火压制徐家园子的俄军炮兵，掩护清军步兵冲击。马千山身先士卒冲在队伍最前面，一举攻入俄军阵地。俄军见势不好，便迅速组织个步兵营进行反击。由于清军缺乏重武器，攻入俄军阵地后，后援部队又未能及时跟上，在强大火力的掩护下，俄军步兵于下午5时夺回阵地，并顺势夺取了波罗堡子的清军炮兵阵地。此时马千山见范铁锡旗队在左路进攻受挫后，再也没有组织新的反攻，心中甚为不满，也不想再组织新的反攻，便率部退往耿庄子。初次反攻海城，清军并没有进行认真的组织和筹划，鉴于清廷的谕令，不得不小试一下，便草草收场了。

2月9日，在端华严令下两旗队分东西两路向海城进发，当日中午到达波罗堡子。自长虎台向欢喜山、二龙山之间的三里桥实施攻击，但为欢喜山俄军的炮火阻隔，不能前进，只好由沙河迂回到欢喜山西侧，绕攻海城西北角。范铁锡旗队由城东北头河子前进至二台子时，也被双龙山俄军炮火阻拦，进攻受阻。

此时，马千山旗队以主力进攻海城西北角徐家园子，又遭到俄军的顽强抵抗。但为了策应范铁锡旗队清军的进攻，仍坚持战斗以牵制俄军。下午2时，晾甲山的俄军赶来增援，从后路夹击马千山旗队清军，使马千山旗队措手不及，伤亡惨重，不得不向西北方向退去。范铁锡旗队也随之撤出战斗。至此，第二次收复海城的战斗结束。

端华勃然大怒，“连几个上岸的水手也打不过吗？”，他把身边的富明阿旗队也派了出来。

海城方向的分工是：范铁锡旗队为东路，马千山旗队为中路，富明阿旗队为西路，向海城俄军发起三面进攻。

东路范铁锡旗队首先进攻栗子沟，以牵制双龙山、双山子俄军。在作战中，范铁锡以“偏师相挑，全队赴援”的战法，组织多次进攻，虽然几次险破敌阵，终因火力不支，久攻不下而停止了进攻。

中路马千山旗队于2日上午9时率部在验军堡、波罗堡子进攻欢喜山、教军场俄军阵地。刚交战即溃下阵来，没有再组织进攻，龟缩在山下等待观望，见机逃离阵地。

与此同时，由西路进攻的富明阿旗队，向唐王山、晾甲山俄军进行猛烈攻击，并派兵一路向唐王山后路抄袭，准备攻城。海军步兵师架起攻城重炮猛轰，富明阿抵抗不住，败逃至东、西柳公屯。三路攻城清军只打了几个小时便鸣金收兵，反攻海城之战就这样又草草收场了。

这时，穆拉维约夫在北面派遣第一师逼近铁岭，端华唯恐沈阳有失，急忙召回了三个旗队。

俄军顺利的控制了辽南全部。