Under den russisk-japanske krig i 1904-1905 kommanderede Bilderling det 17. europæiske hærkorps fra maj 1904, og ledsagede det til Manchuriet i sommeren samme år. Han havde kommandoen over den østlige flanke i slaget ved Liaoyang og over den vestlige flanke i slaget ved Shaho.
- Jeg ved det ikke. Efter Sandepu-slaget erstattede Bilderling Alexander Kaulbars som øverstbefalende for den tredje mandsjuriske hær. Men efter Slaget ved Mukden blev han befriet fra sin kommando fra maj til september 1905 og blev erstattet som kommandør for den Tredje Manchurian Army af general Mikhail Batyanov. Senere blev han bittert beskyldt af general Aleksey Kuropatkin for nederlaget. Han tjente som medlem af krigsrådet fra 1905-1912.