Но несмотря на все предостережения Москвы и отсутствие резервов, комкор с оптимизмом смотрел в будущее. Казалось, ещё один нажим, один удар — и начатая 20 августа операция блестяще закончится. Поэтому боевой приказ командующего группой № 0087 от 21 августа дышал оптимизмом: «1. Противник ещё оказывает упорное сопротивление перед фронтом 82-й и 36-й стрелковых дивизий. Перед нашими флангами противник дрогнул и местами бежит. Группировка противника южнее реки Хайластын-Гол окружена, севернее реки Хайластын-Гол полуокружена…». Исходя из этой оценки обстановки были поставлены задачи на следующий день: «…Задача частей 1-й армейской группы на 22.8 — закончить окружение и полное уничтожение противника по обеим берегам реки Хайластын-Гол, согласно ранее отданным приказам, для чего пехоте с танками прочесать окружённые районы, уничтожая и захватывая окружённого противника. Артподготовка один час…» (53).

На бумаге всё выглядело великолепно — час артиллерийской подготовки, прочёсывание окружённых районов и полное уничтожение противника по обеим берегам Хайластын-Гола. В донесении наркому от 22 августа Жуков отмечал то же самое: «…4. На 22.8 1-й Армейской группе поставил задачу завершить окружение и полное уничтожение противника по обеим берегам реки Хайластын-Гол…» (54). В действительности впереди были 10 суток кровопролитных и ожесточённых дневных и ночных боёв до 31 августа и тысячи трупов бойцов и командиров Красной Армии.

Поняв, что на одновременное уничтожение обеих японских группировок сил нет, Жуков на 23 августа изменил задачу В приказе № 0091 от 23 августа командующему Южной группой полковнику Потапову была поставлена задача: «23 августа полностью ликвидировать группировку южнее реки Хайластын-Гол». Войскам Северной группы была поставлена более скромная задача — ликвидировать узел сопротивления на высоте Фуи. Чтобы сократить потери и добиться лучших результатов, артиллерийскую подготовку увеличили до трёх часов (55). Эта задача была выполнена. Узел сопротивления на высоте был захвачен, а его гарнизон полностью уничтожен. Были также полностью закрыты все выходы на маньчжурскую территорию севернее Номон-Хан-Бурд-Обо. Южная группа войск не смогла полностью выполнить поставленную задачу. Правофланговый сводный отряд был отброшен в район Больших песков и там уничтожен. Оборонявшиеся южнее Хайластын-Гола 71-й и 28-й японские пехотные полки отошли к высоте «Зелёная» и там закрепились. Этот мощный узел обороны штурмовали ещё четыре дня, несмотря на все приказы Жукова. И только 28 августа последние японские солдаты, защищавшие его, были уничтожены.

В своём очередном приказе № 0093 от 24 августа Жуков опять даёт указание о том, что «…армейская группа полностью ликвидирует остатки южной группировки противника, занимает и подготавливает исходное положение для уничтожения группировки противника севернее реки Хайластын-Гол». От полковника Потапова потребовали, чтобы он, объединив войска группы, в 14.00 атаковал и полностью уничтожил противника южнее Хайластын-Гола (56). Но выполнить эту задачу 24 августа также не удалось, и ожесточённые бои по овладению высотой «Зелёная» продолжались ещё несколько дней.

К началу августовской операции советское командование добилось существенного превосходства в воздухе. ВВС 1-й Армейской группы имели к 20 августа три истребительных и три бомбардировочных полка, а также ночную группу тяжёлых бомбардировщиков. На вооружении этих частей было 311 истребителей в основном новых систем И-16 и И-153, 181 бомбардировщик СБ и 23 тихоходных тяжёлых бомбардировщика ТБ-3 в ночной группе. Всего 515 боевых самолётов. Японская авиация к 20 августа была сведена в 10 боевых авиационных отрядов. На вооружении этих частей было 162 истребителя И-97 и 112 бомбардировщиков Р-97. Всего ориентировочно 300 боевых самолётов (57).

Одновременно с ожесточёнными боями на земле в конце августа шли не менее ожесточённые бои в воздухе. Японская авиация стремилась добиться хоть каких-то успехов. Но учитывая почти двукратное превосходство нашей авиации, ей этого не удалось. Воздушные бои были жаркими, и в некоторые дни в воздухе кружились десятки советских и японских самолётов. К концу августовской операции японское командование начало массированную бомбардировку позиций и тылов наших войск. Для предотвращения этих операций нужно было нанести мощные удары по маньчжурским аэродромам, расположенным у границы. Но на проведение подобной операции ни Штерн, ни Жуков без согласия Москвы не решались. И поэтому 30 августа Жуков и Никишев отправили телеграмму Ворошилову: «Противник под прикрытием большой группы истребителей с большой высоты непрерывно бомбит наши части. Прошу разрешения применить авиацию для уничтожения авиации противника на ближайших аэродромах». Но Ворошилов, наверняка посоветовавшись со Сталиным, не дал согласия на применение авиации по японским аэродромам. Конфликт на земле был уже закончен, а раздувать новый конфликт в маньчжурском небе в Москве не хотели. Ответ из Москвы был кратким: «Действия нашей авиации ограничить пока территорией МНР…» (58).

Утром 24 августа полки 14-й пехотной бригады Квантунской армии, спешившие из Хайлара на помощь окружённым японским частям, подошли к монгольской границе. В полдень, после артиллерийской подготовки, японские войска ринулись в атаку на позиции 80-го стрелкового полка, прикрывавшего границу. Советские бойцы мужественно отбивали все атаки. На следующий день им на помощь подошли два танковых батальона. Их появление изменило положение. Японские войска не выдержали стремительной танковой атаки и отошли на маньчжурскую территорию. По приказу командования в этот район был переброшен ещё один стрелковый полк. Два полка и два танковых батальона надёжно прикрыли этот участок границы.

Южнее Хайластын-Гола японские войска к 25 августа удерживали лишь сильно укреплённые позиции на сопке «Песчаная» и на высоте «Зелёная». Здесь оборонялись два полка 7-й пехотной дивизии. Командование 1-й Армейской группы приняло решение в первую очередь уничтожить окружённые японские войска на южном участке, а затем, используя освободившиеся части, ликвидировать окружённую японскую группировку севернее Хайластын-Гола. Советские войска начали атаки на японские позиции. Никаких надежд на прорыв извне у японских войск уже не было, и они думали теперь лишь о том, как вырваться из кольца окружения.

26 августа попытки японских войск прорваться к своим окружённым частям также закончились поражением. Чтобы воспрепятствовать нарушению японскими войсками государственной границы МНР, Жуков отдал 27 августа приказ о создании вдоль неё линии обороны: траншеи полного профиля, соединённые ходами сообщения, три противотанковых района в местах, удобных для продвижения танков, несколько рядов проволочных заграждений перед передним краем. Все эти оборонительные сооружения должны были надёжно закрыть границу на случай новых провокаций японских войск. После боёв 24–26 августа японское командование до самого конца операции уже не предпринимало попыток деблокировать свои окружённые войска.

Японские части, оборонявшиеся на сопке «Песчаная» и высоте «Зелёная» и ослабленные попытками прорыва из окружения, были атакованы полками 57-й и 82-й стрелковых дивизий и к вечеру 27 августа были разгромлены. К утру 28 августа вся территория МНР южнее Хайластын-Гола была очищена от японских войск. Полки советских дивизий начали переправляться на северный берег реки, чтобы ударом с юга уничтожить последний узел обороны японских войск на высоте Ремизова. Второй этап августовской операции закончился.