1939年8月12日，日军在22架轰炸机，炮兵掩护下、一个加强有装甲车和坦克的步兵团终于攻占了对岸蒙古军防守的一块高地（果然是柿子专挑软的捏- -#），并固守。

之后的日军再没气力反攻了，巨大的伤亡引起大本营的严重不满，关东军的伪满总动员，增援什么的，都是没经过大本营同意的，为此大本营和关东军已势成水火，为战后大本营大开杀戒埋下了种子。

诺门坎战役第三阶段

1939年8月20日，就在关东军骑虎难下，半死不活时，朱可夫谋划已久的大反攻拉开了序幕。

为了实施包围计划，朱可夫建立了三个集群，即南部集群、北部集群和中 央集群。

南部集群编成内有:步兵第57师、坦克第6旅、蒙古骑兵第8师、摩托装甲第8旅、坦克第11旅的两个坦克营、一个自行火炮营、防坦克第37营和一个喷火坦克连。北部集群的编成内有:坦克第11旅、摩托装甲第7旅、步兵第36师第601团、蒙古骑兵第6师和防坦克第87营。中央集群的编成有:步兵第36师和第82师、步兵机枪第5旅和两个炮兵团。朱可夫的预备队是摩托装甲第9旅和空降兵第212旅。

5点46分，苏蒙军首先对日军的高射炮阵地进行猛烈地炮击，接着以150架轰炸机和1OO架战斗机向日军轰炸扫射。

8点15分，各种口径的火炮和迫击炮向日军阵地轰击。

8点30分，空军第二次向日军前沿阵地轰炸扫射。

8点45分，空中升起了红色信号弹，苏蒙军部队在炮火掩护下，渡过哈拉哈河，开始全线总攻。

在苏空军、炮兵的强烈压制 下，一个半小时内日军炮火无力进行还击，观察所、通信联系及炮兵阵地均被摧毁。但日军仍很有斗志，在混乱中拼命顽抗，战到最后 一人也不投降（因此苏联伤员多，日本亡员多）。21日、22日战斗进行得十分激烈。在大沙地域，苏联红军遇到了异常顽强的抵抗，这是苏军也没有想到的。为此，朱可夫开始动用战略预备队，他命令摩托装甲第9旅投入战斗，并加强了炮火支援。26日傍晚，苏军坦克部队和摩托化部队完成了对日军整个第6集团军的合围。随后开始穿插分割，分片分块歼灭被围敌军。由于流沙、沙坑、沙丘遍布，加之日军顽固抵抗，红军仗打得很苦，全在啃“硬骨头”。

1939年8月26日，关东军司令官植田决定增派第7师团给第6军，还计划将第2、第4师团也调往前线。同时令第23师团死守待援。日军的数次突围也都被击退。苏军投入了新型坦克和战斗机，夺取了战场制空权，仅8月24日和25日两天，苏军飞机出动了二百一十八架次，进行了十次空战，击毁日机七十四架，成功地阻止了敌人向作战地区调集新的预备队。

至此，第23师团覆灭已定，日本人输了这场关键性的战争。31日，小松原（后切腹自杀）带领残部2000余人突围而出。