Стремительный удар танкистов, поддержанный огнем всей имеющейся артиллерии, поставленной на прямую наводку, и ударами советской авиации, ошеломил противника. Завязались жаркие воздушные схватки. В отдельные моменты в небе над горой Баян-Цаган находилось до 300 самолетов воюющих сторон. Японцы, не успевшие после переправы через Халхин-Гол развернуться в организованные боевые порядки, не смогли противостоять дерзкой атаке танковой бригады. Вскоре танкистов поддержали подошедшие батальоны 24-го мотострелкового полка и 7-й мотоброневой бригады, имевшей в своем составе 154 бронемашины.
Маршал Советского Союза Г.К. Жуков ("великий полководец суворовской школы" - по определению писателя Михаила Шолохова) в своих "Воспоминаниях и размышлениях" писал о том бое:
"Бригада наносила удар с северо-запада; один ее танковый батальон, взаимодействуя с броневым дивизионом 8-й монгольской кавалерийской дивизии и дивизионом 185-го тяжелого артиллерийского полка, атаковал противника с юга.
Развернувшаяся танковая бригада в количестве 150 танков, при поддержке 40 самолетов, стремительно ринулась на врага. В головных порядках главных сил бригады двинулся батальон под командованием командира батальона, замечательного воина майора Михайлова, а впереди батальона уже врезался в боевые порядки японцев взвод лейтенанта Кудряшова, исключительно отважного танкиста.
Японцы были ошеломлены стремительным ударом танковой бригады, притихли в своих противотанковых лунках и только через 10 минут открыли артиллерийский огонь по нашим танкам. От огня противника загорелось несколько танков, и это, видимо, как-то подбодрило японцев. Они значительно усилили артиллерийский и пулеметный огонь. На поле боя уже горело до 15 наших танков. Но никакая сила и огонь врага не могли остановить боевого порыва наших славных танкистов.
Было около 12 часов. По нашим подсчетам, с минуты на минуту должен подойти и вступить в бой 24-й мотострелковый полк. Он был крайне необходим для взаимодействия с танковой бригадой, которая без пехоты несла значительные потери. Но, как это иногда случается на войне, 24-й мотополк вышел по ошибке не к озеру Хуху-Усу-Нур, а к "развалинам".
Развернувшись в боевой порядок, в 13 часов 30 минут южнее озера Хуху-Усу-Нур 24-й полк перешел в наступление, нанося удар с запада на восток. Несколько позже вступила в бой 7-я мотоброневая бригада полковника Лесового.
Японцы отбивались от наших атак отчаянно. Но грозная лавина танков, бронемашин и пехоты все дальше и дальше продвигалась вперед, ломая и громя все, что попадало под гусеницы танков, огонь артиллерии, под удар пехоты.
Японцы бросили всю свою авиацию против атакующих наших войск, но ее встретила и атаковала наша авиация. Бой с неослабевающей силой продолжался всю ночь.
Утром, подбросив за ночь свежие силы, японцы попытались перейти в наступление, но эта их попытка была немедленно подавлена".
Японский солдат Накамура так описал в своем походном дневнике бой 3 июня у подножия горы Баян-Цаган:
"Несколько десятков танков напали внезапно на наши части. У нас произошло страшное замешательство, лошади заржали и разбежались, таща за собой передки орудий; автомашины помчались во все стороны. В воздухе было сбито 2 наших самолета. Весь личный состав упал духом. В лексиконе японских солдат все чаще и чаще употребляются слова "страшно", "печально", "упали духом", "стало жутко".
Начавшиеся трехдневные бои за обладание горой Баян-Цаган оказались бескомпромиссными. С обеих сторон в них участвовало до 400 танков и бронемашин, более 800 артиллерийских орудий, сотни самолетов. Особенно отличились 149-й и 24-й стрелковые полки под командованием майора И.М. Ремизова (ему посмертно было присвоено звание Героя Советского Союза) и И.И. Федюнинского. Японцы постоянно атаковали, стремясь вернуть себе инициативу в боях, но комкор Г.К. Жуков и начальник штаба 57-го отдельного корпуса комдив М.А. Богданов быстро реагировали даже на малейшее изменение обстановки на берегах Халхин-Гола.
Поскольку наступавшие японские войска имели заметное численное превосходство, к ночи 3 июля советские войска отошли к Халхин-Голу, сократив свой плацдарм к востоку от ее берега. Однако ударная группировка японцев под командованием генерал-лейтенанта Ясуоки со своей задачей не справилась.
Об ожесточенности боев за высоту Баян-Цаган свидетельствует такой факт. До 16.00 второго дня боев - 4 июля стрелковый полк Федюнинского отбил около десятка вражеских атак, которые не раз переходили в штыковые, рукопашные схватки. Инициатива полностью перешла к советско-монгольским войскам, и японцам пришлось перейти к обороне, однако гору удержать они не смогли. Они атаковывались теперь с трех сторон, имея за спиной реку Халхин-Гол, и в результате оказались в полуокружении.
В районе горной вершины все три дня боев шли многочисленные воздушные схватки. Японская авиация в небе над Баян-Цаганом потеряла 45 самолетов, в том числе 20 пикировщиков. Последние безуспешно старались оказать поддержку с воздуха своим наземным войскам. С каждым налетом японским летчикам приходилось все труднее - противник встречал их без промедления и сразу же начинал теснить в сторону Маньчжоу-Го, к своим аэродромам.
К вечеру 4 июля японские войска удерживали только вершину Баян-Цагана - узкую полоску местности в пять километров длиной и два километра шириной. На этом участке сосредоточились все силы японцев, которые переправились на западный берег Халхин-Гола. Бои на Баян-Цагане не утихали весь вечер и всю ночь.
Под утро 5 июля японские войска дрогнули и, несмотря на категорические приказы своих командиров драться до последнего, начали отступать с горной вершины по крутым скатам к берегу реки. Тогда японское командование предприняло последнюю отчаянную попытку заставить своих солдат сражаться до последнего патрона на линии окопов. По его приказу единственный понтонный мост через Халхин-Гол был взорван саперами.
Однако это не остановило начавшееся повальное отступление - бросая личное оружие и боевую технику, японцы пытались переправиться на противоположный речной берег кто как может. Все это происходило под огнем противника. Многие бежавшие с Баян-Цагана нашли себе гибель в быстрых водах Халхин-Гола, особенно раненые, которые оказались не в силах справиться с речным течением.
В результате неординарных боевых решений военачальника
Г.К. Жукова японские войска у горы Баян-Цаган оказались наголову разгромленными и к утру 5 июля их сопротивление оказалось сломленным. На горных склонах погибло более 10 тысяч неприятельских солдат и офицеров. Остатки японских войск в беспорядке и панике бежали на противоположный берег реки. Они потеряли почти все танки и большую часть артиллерии.
Трехдневные бои на берегах Халхин-Гола вели японские войска под командованием "специалиста по Красной Армии" генерал-лейтенанта Мититаро Камацубары. В свое время он был военным атташе посольства страны Восходящего Солнца в Москве. О его "отъезде" с поля боя под Баян-Цаганом описывает в своем армейском дневнике старший унтер-офицер его штаба Отани:
"Тихо и осторожно движется машина генерала Камацубара. Луна освещает равнину, светло как днем. Ночь тиха и напряжена так же, как и мы. Халха освещена луной, и в ней отражаются огни осветительных бомб, бросаемых противником. Картина ужасная. Наконец мы отыскали мост и благополучно закончили обратную переправу. Говорят, что наши части окружены большим количеством танков противника и стоят перед лицом полного уничтожения. Надо быть начеку".
Как позже отмечал Г.К. Жуков, после сражения за высоту Баян-Цаган японские войска "больше не рискнули переправляться на западный берег реки Халхин-Гол". Все последующие действия пограничного конфликта проходили на восточном речном берегу.
В Генеральном штабе РККА был сделан обстоятельный (на основе боевых донесений с мест событий) разбор боев с 5 по 9 июля. В телеграмме Ворошилова и Шапошникова командующему 1-й армейской группой, среди прочего, подчеркивалось:
