Японцы, ошеломленные таким неожиданным исходом воздушных боев, решили ответить внезапным ударом по аэродромам советской авиации. Рано утром 27 июня 23 японских бомбардировщика под прикрытием 80 истребителей атаковали стоянки самолетов 22-го истребительного авиаполка в районе Тамцак-Булак. Японцам удалось достичь тактической внезапности, и наши И-16 взлетели уже в ходе налета. По советским данным, в воздушном бою было потеряно всего три машины, а у японцев сбито пять самолетов.
Одновременно была атакована и стоянка 70-го истребительного авиаполка. Телефонная линия, связывавшая посты воздушного наблюдения и командование 70-го авиаполка, оказалась перерезанной японскими диверсантами. В результате было уничтожено, по советским данным, 16 самолетов И-15 и И-16, а японцы потерь не имели.
Советские танкисты осматривают брошенный на поле боя японский танк Типа 95 «Ха-го». Халхин-Гол. Июль 1939 г.
Наземное наступление японцы начали в ночь со 2 на 3 июля. В 9 часов вечера советские части — 3-й батальон 149-го стрелкового полка и 6-я батарея 175-го артиллерийского полка, находившиеся в боевом охранении, — были атакованы танками и пехотой. 6-я батарея старшего лейтенанта Алешкина открыла огонь. В упорном бою артиллеристы подбили 15 японских танков, но превосходство оставалось на стороне противника. Танки прорвались на огневую позицию и пытались раздавить орудия, засыпать щели с укрывшимися в них бойцами. Но легкие японские танки не смогли нанести существенного вреда. Поломав у орудий правила и поутюжив щели с бойцами, танки стали уходить. Тогда артиллеристы выскочили из укрытий и открыли огонь по отходящим танкам, подбив еще несколько машин. Развернувшись, танки снова атаковали батарею. Так повторялось трижды. Наконец атака была отбита. Около тридцати танков противника осталось на поле боя, остальные ушли на маньчжурскую территорию.
Утром 3 июля батальон и батарея получили приказ отойти на основной рубеж.
6-я кавалерийская дивизия всю ночь со 2 на 3 июля вела тяжелый бой с японскими войсками и к рассвету отошла на западный берег Халхин-Гола. Под ударами танковых полков группы Ясуока левофланговый батальон 149-го стрелкового полка и 9-я танковая бригада вынуждены были отойти к реке, развернувшись фронтом на север.
Ударная группа Кобаяси, сломив слабое сопротивление 15-го монгольского кавалерийского полка, подошла к реке в районе горы Баин- Цаган и начала переправу. К 8 часам утра 3 июля японцы переправились на другой берег и быстро двинулись на юг. Положение войск, находившихся на восточном берегу Халхин-Гола, становилось угрожающим, так как на западном берегу не было советско-монгольских частей, кроме 3-го дивизиона 185-го артполка и командного пункта 175-го артполка. Но решительность и находчивость командира 175-го артполка майора Н.И. Полянского спасли положение. Как старший из находившихся там командиров, он приказал командиру подошедшего бронедивизиона 6-й кавалерийской дивизии прикрыть переправу и дорогу на Тамцак-Булак. Бронедивизион действовал смело и решительно. Вместо того чтобы обороняться, он атаковал наступавшие японские войска, посеял среди них панику и принудил остановиться. Нанеся противнику значительные потери, дивизион отошел и занял удобный для обороны рубеж.
В 10 часов утра 3 июля начала наступление 11-я танковая бригада. Бригада атаковала двумя группами — с юга на север вдоль реки Халхин-Гол одним батальоном и с запада на восток двумя батальонами поддержки артдивизиона бригады. В артдивизионе на тот момент было шесть самоходных установок СУ-12, представлявших собой небронированный автомобиль ГАЗ-ААА с 76-мм полковой пушкой обр. 1927 г. на тумбовой установке.
Вместе с 11-й танковой бригадой должны были наступать 24-й мотострелковый полк и отряд монгольской конницы, но они начали атаку «без организованного по времени и месту взаимодействия с танковой бригадой». Артиллерийской поддержки танковой бригады в начале атаки не было вообще, и лишь в конце боя был открыт «слабый» артиллерийский огонь.
Тем не менее атака 132 танков произвела на японцев большое впечатление — в Китае они ничего подобного не видели. Танки прошли сквозь японские позиции и повернули назад недалеко от японской переправы через Халхин-Гол. Этот рейд обошелся бригаде в 36 подбитых и 46 сгоревших танков, погибли более двухсот членов экипажей.
Тем временем 24-й мотострелковый полк вышел совсем в другом месте, именовавшемся «Развалины», и лишь после полудня повернул к югу. В 13 ч. 30 мин., развернувшись в боевой порядок южнее озера Хуху-Усу-Нур, 24-й полк перешел в наступление, нанося удар с запада на восток. В 15 часов вступила в бой 7-я мотоброневая бригада под командованием полковника Лесового.
Японская авиация непрерывно атаковала наши позиции. Противник оказался охваченным в районе горы Баин-Цаган с северо-запада, запада и юга. С востока протекала река. Но японцы сумели быстро укрепиться на горе Баин-Цаган, организовали противотанковую оборону и оказали упорное сопротивление. Бой длился весь день 3 июля. Около семи часов вечера советско-монгольские войска начали одновременную атаку с трех сторон, но японцы отразили ее. Бой продолжался и с наступлением темноты.
Утром 4 июля японцы попытались пойти в контратаку, в то время как большая группа японских самолетов пыталась атаковать с воздуха советско-монгольские части. Но советские летчики вступили в бой и вынудили японские самолеты вернуться на свои аэродромы. Предпринявшие же контратаку японцы были встречены ураганным огнем советской артиллерии и быстро ретировались в свои укрепления.
Вечером 4 июля советско-монгольские части предприняли третью общую атаку по всему фронту. Бой длился всю ночь, японцы стремились во что бы то ни стало удержать гору Баин-Цаган. Только к 3 часам дня 5 июля сопротивление противника было сломлено. Не выдержав натиска советско-монгольских частей, в особенности советских танков, японцы в беспорядке побежали на восточный берег Халхин-Гола. Но единственный понтонный мост, наведенный японцами для переправы, был уже взорван самими же японцами. В панике японские солдаты и офицеры бросались в воду и тонули на глазах у советских танкистов. Остатки японцев на западном берегу были уничтожены в рукопашном бою. Только болотистые берега и глубокое русло Халхин-Гола помешали нашим танкам и бронемашинам переправиться на восточный берег.
После баин-цаганских боев японское командование еще не раз пыталось разгромить советско-монгольские части на восточном берегу реки Халхин-Гол. Так, в ночь с 7 на 8 июля японцы нанесли удар из района Номон-Кан-Бурд-Обо по правофланговому 2-му батальону 149-го стрелкового полка и по батальону 5-й стрелково-пулеметной бригады, которая к этому времени подошла к району боевых действий. Этот батальон оборонялся левее 149-го стрелкового полка. Удар был неожиданным, и 2-й батальон с приданной ему 5-й батареей начал отходить, в то время как 1-й батальон с 4-й батареей продолжал отражать атаки противника. С рассветом же и этот батальон вынужден был оставить занимаемый рубеж.
