Выполняя приказ командования, главные силы 11-й танковой бригады совместно с бронедивизионом 8-й кавалерийской дивизии Монгольской Народно-революционной армии около 11 часов 3 июля развернулись и с хода атаковали японцев: 1-й батальон 11-й танковой бригады, охватывая гору Баин-Цаган с северо-запада, атаковал противника во фланг и в тыл, а 3-й батальон этой бригады и бронедивизион 6-й кавалерийской дивизии (18 БА-6) атаковали с запада, зажав таким образом неприятеля в стальное танковое полукольцо.
Маршал Советского Союза Г. К. Жуков 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 июля у подножия горы Баин-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“»
[45].
Противник оказался окруженным в районе горы Баин-Цаган с северо-запада, запада и юга. С востока протекала река.
Сумев быстро укрепиться на горе Баин-Цаган и организовав противотанковую оборону, японцы оказывали упорное сопротивление. Бой длился весь день 3 июля.
В конце дня, около 19 часов, наши войска предприняли одновременную атаку с трех сторон. Однако противнику удалось отразить ее. Бой продолжался и ночью.
Начавшиеся трехдневные бои за обладание горой Баин-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 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.
4 июля враг сам пытался перейти в контратаку. В то же время его авиация большими группами стремилась нанести удар с воздуха, чтобы деморализовать советско-монгольские войска. Но наши летчики преградили путь вражеской авиации и в развернувшемся воздушном бою обратили ее в бегство. Встреченная ураганным огнем артиллерии контратака противника захлебнулась.
Вечером 4 июля наши части предприняли третью общую атаку по всему фронту. Ожесточенный бой затянулся на всю ночь. Напрягая последние усилия, японцы стремились во что бы то ни стало удержать в своих руках гору Баин-Цаган.
К вечеру 4 июля японские войска удерживали только вершину Баин-Цаган — узкую полоску местности в 5 километров длиной и 2 километра шириной. На этом участке были сосредоточены все силы японцев, которые переправились на западный берег Халхин-Гола. Бои на Баин-Цаган не утихали весь вечер и всю ночь.
К 3 часам 5 июля сопротивление врага было наконец сломлено. Не выдержав натиска советско-монгольских частей, в особенности наших танков, противник в беспорядке устремился на восточный берег Халхин-Гола. Единственный понтонный мост, наведенный японцами для переправы, был ими же преждевременно взорван.
Охваченные паникой японские солдаты и офицеры бросались прямо в воду и тонули на глазах наших танкистов.
Только болотистые берега и глубокое русло Халхин-Гола помешали нашим танкам и бронемашинам переправиться на восточный берег реки. Остатки японцев на западном берегу были уничтожены в рукопашной схватке. В районе горы Баин-Цаган противник потерял тысячи солдат и офицеров, а также огромное количество вооружения и боевой техники. Наши летчики сбили за время боев в районе Баин-Цаган 45 японских самолетов.
Таким образом, японцы, стремясь глубоким маневром в обход окружить и уничтожить советско-монгольские части, сами попали в окружение, которое закончилось разгромом их главной группировки. Боевые действия советско-монгольских войск в районе Баин-Цаган являются блестящим примером активной обороны наших войск, завершившейся решительным поражением ударной группировки врага. Основную роль в разгроме противника сыграли танки и бронемашины. Опыт боев показал, что эти быстро подвижные средства, сочетая в себе маневренность и ударную силу, могут быть с не меньшим эффектом использованы не только в наступлении, но и в обороне. Необходимыми условиям для этого являются правильная постановка боевых задач, соответствующая боевым свойствам этого оружия, умелое управление бронетанковыми соединениями со стороны общевойсковых и танковых начальников, четкая и правильная организация взаимодействия с другими родами войск.