Trong Chiến tranh Nga-Nhật năm 1904-1905, Bilderling đã chỉ huy Quân đoàn quân châu Âu thứ 17 từ tháng 5 năm 1904, đi cùng nó đến Mãn Châu vào mùa hè cùng năm. Ông đã chỉ huy cánh phía đông trong trận Liaoyang và cánh phía tây trong trận Shaho.
. Sau trận Sandepu, Bilderling thay thế Alexander Kaulbars làm chỉ huy của Quân đội Mãn Châu thứ ba. Tuy nhiên, sau Trận Mukden, ông đã được thả khỏi vị trí chỉ huy từ tháng 5 đến tháng 9 năm 1905 và được thay thế làm chỉ huy của Quân đội Mãn Châu thứ ba bởi Tướng Mikhail Batyanov. Sau đó, ông bị tướng Aleksey Kuropatkin đổ lỗi cho thất bại. Ông là thành viên của Hội đồng Chiến tranh từ năm 1905 đến năm 1912.