Во время погрузки дивизии в эшелоны для отправки к месту боев, части первоначально были ориентированы на то, что переброска идет для проведения больших учебных сборов. Поэтому подразделения взяли с собой большое количество учебных пособий, которые, впоследствии, пришлось оставить.

С 5 по 18 августа дивизия находилась во втором эшелоне и усиленно, по 10–12 часов в день, готовилась к боям.

Кроме того, в начале августа в состав 1-й армейской группы прибыли 1-й стрелковый полк 152-й стрелковой дивизии и 212-я авиадесантная бригада.

В конце июля советское командование начинает разрабатывать план наступательной операции, которая должна была закончиться разгромом японских войск. Предполагалось охватом с флангов окружить и уничтожить все японские части на восточном берегу Халхин-Гола. Для осуществления этой задачи предусматривалось активно использовать танковые и мотоброневые части, имевшиеся в составе 1-й армейской группы.

Для проведения операции создавались три группы войск. Центральная группа (36-я моторизованная и 82-я стрелковая (без одного полка) дивизии) должна была сковать японские войска и не дать им возможности маневрировать, а северная и южная группы наносили фланговые удары и окружали японскую группировку.

Южная группа под командованием полковника М. И. Потапова действовала в составе 57-й стрелковой дивизии, 8-й мотоброневой бригады, 6-й танковой бригады (без одного батальона) 8-й кавалерийской дивизии МНРА, 1-го дивизиона 185-го артполка, дивизиона СУ-12 и стрелково-пулеметного батальона 11-й танковой бригады, 37-го противотанкового дивизиона, роты ХТ-26. Подвижными частями группы, наступавшими в направлении Номун-Хан-Бурд-Обо, командовал полковник М. Ф. Терехин — командир 20-го танкового корпуса Забайкальского военного округа.

Северная группа, которой командовал полковник И. П. Алексеенко (командир 11-й танковой бригады), включала в свой состав 7-ю мотоброневую бригаду, 601-й стрелковый и 82-й гаубичный полки 82-й стрелковой дивизии, два танковых батальона 11-й танковой бригады, 87-й противотанковый дивизион и 6-я кавалерийская дивизия МНРА. Группа должна была наступать в направлении озер 6 км северо-западнее Номун-Хан-Бурд-Обо. В резерве 1-й армейской группы была 212-я авиадесантная, 9-я мотоброневая бригады и танковый батальон 6-й танковой бригады. Всего группировка советско-монгольских войск насчитывала более 57 тысяч человек, 438 танков, 385 бронеавтомобилей, 542 орудия. Начало наступления было назначено на 20 августа.

Трофейный японский легкий танк Тип 94 «ТК» из состава 3-го танкового полка Квантунской армии, вид спереди (АСКМ).

Японское командование также усилило свою группировку на Халхин-Голе. 10 августа в составе Квантунской армии была сформирована 6-я армия (по сути — корпус), которая объединила все части, действующие в районе Халхин-Гола. Командующим армией был назначен генерал Огису Риппо. 6-я армия включала в себя целиком 7 и 23-ю пехотные дивизии, подразделения 8-го (Хайларского) гарнизона, артиллерийские, транспортные части и дивизию Маньчжоу-Го. В августе на ее усиление были переброшены части 2, 4 и 1-й пехотных дивизий, которые приняли участие в боях на заключительном этапе операции. Всего 6-я армия к 20 августа насчитывала около 65 тысяч человек и более 300 орудий. Танков армия практически не имела, так как части 1-й механизированной бригады еще в середине июля убыли в Кунчулинг. Лишь в составе разведывательного отряда 23-й дивизии было несколько машин.

Командование 6-й армии также планировало свою наступательную операцию. Предполагалось нанести главный удар по правому флангу советско-монгольских войск, обойти их, прижать к болотистым берегам Хайластын-Гол и уничтожить. Начало наступления было назначено на 24 августа.

20 августа, в 6.15 советская артиллерия и авиация нанесли мощный удар по позициям японских войск. В 9.00 началась атака пехоты по всему фронту. Однако в первый же день наступления был выявлен целый ряд недостатков в подготовке операции. Так, 6-я танковая бригада задержалась на переправе и опоздала на 4 часа, в этот день не приняв участия в бою. На участке северной группы части не смогли прорвать оборону противника, так как его позиции на высоте «Палец» были оценены неверно.

7-я мотоброневая бригада, долгое время находившаяся на горе Баин-Цаган, считала, что на высоте имеется до 2-х рот японцев. В действительности там оказался сильный опорный пункт, который пришлось уничтожать несколько дней. Вообще, разведка при подготовке к наступательной операции была проведена из рук вон плохо. Многие части вообще не имели сведений о характере обороны противника. Например, в штабе 57-й дивизии вообще не было никаких данных о противостоящих дивизии японских частях. Такие данные командир дивизии не смог получить ни в разведотделе штаба 1-й армейской группы, ни в штабе соседней 8-й кавдивизии МНРА. Организовать свою разведку комдив не смог — было запрещено командованием 1-й армейской группы, чтобы противник не обнаружил наших планов наступательной операции.

За первый день боев войска южной группы овладели большими песчаными буграми (10 км юго-восточнее Номонхан-Бурд-Обо). Центральная группа продвинулась на 0,5–1 км, северная группа правым флангом вышла на пески в 4 км восточнее Баин-Цаган), левым флангом — к государственной границе.

Трофейный японский легкий танк Тип 94 «ТК» 3-го танкового полка Квантунской армии, вид сзади. Видна табличка с военным номером танка — 225. Рядом легковой автомобиль Chevrolet 1938 года модель Master series НА (АСКМ).

Командир Красной Армии осматривает трофейный японский танк Тип 94 «ТК» 3-го танкового полка Квантунской армии. Сентябрь 1939 года (АСКМ).

Советские кинооператоры осматривают трофейный японский танк Тип 94 «ТК» из состава 3-го танкового полка Квантунской армии. Сентябрь 1939 года. Хорошо видно, что танк имеет трехцветный камуфляж (АСКМ).

21 августа войскам была поставлена задача — окружить японскую группировку. В этот день в бою участвовала и 6-я танковая бригада. К вечеру бронемашины 8-й мотоброневой бригады вышли к линии границы, а 57-я стрелковая дивизия заняла большие и малые пески. Путь противнику на восток был отрезан.

82 и 36-я дивизии в этот день продвинулись незначительно. Части северной группы также имели небольшой успех. В течение дня они несколько раз атаковали опорный пункт японцев на высоте «Палец», но безуспешно. Командование 1-й армейской группы проявляло беспокойство за северный участок, так как опорный пункт на высоте «Палец» не давал возможности завершить окружение. Поэтому на усиление северной группы была выдвинута 9-я мотоброневая бригада, которая во второй половине дня вышла в район двух озер в 5 км северо-западнее Номонхан-Бурд-Обо и отрезала пути отхода противнику. Однако командир бригады стянул части бригады за ночь и занял круговую оборону, а японцы, пользуясь большими промежутками между советскими подразделениями, стали выводить из окружения людей и технику. Остальные силы северной группы в это время продолжали блокировать опорный пункт противника на высоте «Палец». Он представлял собой хорошо укрепленный район с круговой обороной диаметром до 1,5 км и состоял из окопов, «лисьих нор» (убежищ), ходов сообщения, укрытий для машин и лошадей, проволочных заграждений. Часть блиндажей имела даже бетонированные перекрытия. Район обороняли части 23-й пехотной дивизии: разведотряд, рота пехоты, саперная рота, 2 батареи 75-мм и 8 37-мм противотанковых орудий. Японцы здесь сопротивлялись с 20 по 22 августа, и только 23-го были уничтожены. Для ликвидации этого опорного пункта дополнительно были привлечены дивизион 152-мм гаубиц и дивизион 76-мм орудий обр. 1902/30 года, после чего остатки японцев пришлось добивать «штыком и гранатой». После боев более 600 трупов было извлечено из окопов и блиндажей.