В районе конфликта идет накапливание сил с обеих сторон. Японская группировка войск насчитывала 38 тысяч человек, 310 орудий, 135 танков, 225 самолетов. Советско-монгольские войска, занимавшие оборону на восточном берегу Халхин-Гол, насчитывали 12,5 тысяч человек, 109 орудий, 266 бронемашин, 186 танков, 82 самолета.

В 2 часа ночи 3 июля 1939 года японские войска генерала Кобаяси (23-я пехотная дивизия в составе 71-го и 72-го пехотных полков, 26-й пехотный полк, два отдельных артиллерийских дивизиона) форсировали реку Халхин-Гол и захватили на ее западном берегу гору Баин-Цаган, находящуюся в 40 километрах от маньчжурской границы. Японцы начинают интенсивно окапываться и возводить эшелонированную оборону. В дальнейшем они планировали, опираясь на господствовавшую над местностью гору Баин-Цаган, ударить в тыл оборонявшихся на восточном берегу реки Халхин-Гол советских войск, отрезать и в дальнейшем уничтожить их.

23-я японская пехотная дивизия (на западный берег переправились два ее пехотных полка) имела в своем строю около 12 тысяч солдат и офицеров, 17 37-мм противотанковых орудий «тип 94», 36 75-мм полевых пушек «тип 38» (лицензионное крупповское орудие, сродни нашей «трехдюймовке») и 12 100-мм гаубиц (правда, неизвестно, переправили ли их японцы на западный берег). К тому же в каждом пехотном батальоне было по две 70-мм батальонные гаубицы. Кроме того, в отдельных дивизионах у японцев имелось еще четыре батареи противотанковых орудий.

Стремясь исправить сложившееся положение, Г.К. Жуков, не дожидаясь подхода стрелковых частей, бросил в бой прямо с марша находившуюся в резерве 11-ю танковую бригаду. Она имела в своем составе 152 легких танка БТ-5. Вместе с танкистами в атаку на японцев пошли бронедивизион 6-й монгольской кавалерийской дивизии (18 бронеавтомобилей БА-6) и бронедивизион 8-й монгольской кавалерийской дивизии (19 бронеавтомобилей БА-6 и БА-10). Вскоре танкистов поддержали подошедшие батальоны 24-го мотострелкового полка и 7-й мотоброневой бригады (154 бронеавтомобиля БА-6, БА-10, ФАИ).

Принимая такое рискованное, волевое решение, Жуков столкнулся во мнениях с командармом Штерном. Тот, исходя из положений боевого устава РККА, считал, что танки на укрепленные полевые позиции неприятеля без поддержки пехоты посылать нельзя. Штерн потребовал дождаться подхода стрелкового полка сопровождения, произвести разведку и только после этого нанести совместный удар. Однако Жуков настоял на своем, и впоследствии Штерн признал, что в той ситуации принятое решение оказалось единственно возможным.

Это было «столкновение» по всем направлениям: по возрасту, боевому опыту, должностному положению, национальности. На тот момент Жукову — 43 года, а Штерну — 39. За плечами последнего успешные бои в Испании и на Хасане, а у Жукова — это первая боевая операция после Гражданской войны. Мало того, комдив Жуков пошел и против мнения своего непосредственного начальника старше его на две ступени воинских званий.

В итоге против одной слегка усиленной японской пехотной дивизии, располагавшей 33 противотанковыми орудиями, советско-монгольские части выставили 347 бронеединиц. Утром 3 июля 1939 года сто пятьдесят два танка БТ-5 11-й танковой бригады пошли в атаку на наспех окопавшихся японцев. Японцы, проявив выдержку и хладнокровие, подпустили советские танки на ближнюю дистанцию — 150—200 метров и открыли огонь. Идущий первым батальон майора Михайлова в первые несколько минут боя потерял 15 танков. Не желая оставаться на поле боя в роли расстреливаемых мишеней, танки 11-й бригады отошли на исходные позиции. Вторая и третья атаки советско-монгольского бронекулака также были отбиты.

В результате к исходу 3 июля 11-я танковая бригада, 7-я мотоброневая бригада и два монгольских бронедивизиона, понеся большие потери, вынуждены были отказаться от мысли захватить гору Баин-Цаган. Журнал боевых действий 11-й танковой бригады гласит: «Во время боя 3.7.39 г. Бригада потеряла: из 152 БТ-5 уничтожено противником 45 танков, подбито 37, всего выбыло из строя 82 танка или 53,9%, из 11 БХМ выведенных в бой — 4 уничтожено, 2 подбито, всего выбыло 6 или 55,5%.

Убито — старшего н/состава 2 (нач. 1 части капитан Ляховский, командир 3 ТБ капитан Подольный), среднего комсостава — 18 чел., политсостава — 10 чел., младшего н/состава — 67, рядового — 38 чел., а всего убитых — 135 чел.

Ранено — старшего н/состава — 3 чел., среднего н/состава — 8 чел., политсостава — 1 чел., младшего н/состава — 28 чел., рядовых — 17 чел., всего 57 чел.

Пропало без вести — младшего н/состава — 7 чел., рядового — 4 чел., всего 11 чел.

Всего выбыло из строя за 3.7.39 года — 203 человека»{5}.

Потери 7-й мотобронебригады и монгольских бронедивизионов, по признанию Жукова, «были еще больше». Японцы, мало того, что не были наголову разбиты нашим танковым тараном, утром 4 июля они перешли в контратаку. Прибывший на подмогу 24-й мотострелковый полк полковника И.И. Федюнинского за день отбил около десятка вражеских атак, которые неоднократно переходили в штыковые и рукопашные схватки.

Весь день 4 июля и всю ночь на 5-е стянутые отовсюду советско-монгольские войска вели непрерывное наступление на японские позиции. Вокруг горы Баин-Цаган развернулись ожесточенные бои. Советские артиллеристы вели огонь по противнику прямой наводкой, а в небе над горой в отдельные моменты находилось до 300 самолетов с обеих сторон.

Особенно отличились в этих боях 149-й стрелковый полк майора И.М. Ремизова и 24-й мотострелковый полк под командованием полковника И.И. Федюнинского. Группировка японских войск на горе Баин-Цаган оказалась в полуокружении. К вечеру 4 июля японские войска удерживали только вершину Баин-Цагана — узкую полоску местности в пять километров длиной и два километра шириной. Ночью 5 июля японские войска начали отступление в сторону реки. Для того чтобы заставить своих солдат драться до последнего, по приказу японского командования был взорван единственный понтонный мост через Халхин-Гол, имеющийся в их распоряжении. В конце концов к утру 5 июля японские войска у горы Баин-Цаган начали повальное отступление с занимаемых позиций. Здесь погибло более 10 тысяч японских солдат и офицеров. Была потеряна большая часть артиллерии и 45 самолетов.