Наступающие войска были разделены на три группы — Южную, Северную и Центральную. Главный удар наносился Южной группой под командованием полковника М. И. Потапова, вспомогательный удар — Северной группой, командующий полковник И. П. Алексеенко. Центральная группа под командованием комбрига Д. Е. Петрова должна была сковать силы противника в центре, на линии фронта, тем самым лишить их возможности манёвра. В резерве, сосредоточенном в центре, находились 212-я авиадесантная, 9-я мотоброневая бригады и танковый батальон. Также в операции участвовали монгольские войска — 6-я и 8-я кавалерийские дивизии под общим командованием маршала X. Чойбалсана.
Наступление советско-монгольских войск началось 20 августа, тем самым упреждая наступление японских войск, назначенное на 24 августа.
Форсирование советскими танками р. Халхин-Гол.
В целом японские солдаты, в основном пехотинцы, как отмечал позднее Жуков в своих мемуарах, дрались крайне ожесточенно и исключительно упорно, до последнего человека. Часто японские блиндажи и дзоты захватывались только тогда, когда там уже не было ни одного живого японского солдата. В результате упорного сопротивления японцев 23 августа на Центральном участке фронта Жукову пришлось даже ввести в бой свой последний резерв: 212-ю авиадесантную бригаду и две роты пограничников. При этом он шёл на немалый риск, так как ближайший резерв командующего — монгольская бронетанковая бригада — находилась в Тамцак-Булаке в 120 километрах от фронта.
После боёв 24—26 августа командование Квантунской армии до самого конца операции на Халхин-Голе не пыталось больше деблокировать свои окружённые войска, смирившись с неизбежностью их гибели.
Пленные японские солдаты.