Вслед за этим началась быстрая эскалация конфликта. По настоянию Жукова, прибывшего в зону конфликта 5 июня, части Красной Армии в районе боевых действий были усилены войсками Забайкальского военного округа. Главной проблемой, с которой столкнулись части Красной Армии, было то, что они действовали на расстоянии более 650 км от ближайшей железнодорожной станции. Это создало огромную транспортную проблему, так как грузовикам, перевозившим грузы по грунтовым дорогам, необходимо было целых пять дней на поездку в обе стороны. Однако это существенное препятствие привело и к тому, что японцы недооценили истинную боеспособность подразделений, стянутых Жуковым в этот район.

Японцы выдвинули к Номон-Хану 23-ю дивизию под командованием генерал-лейтенанта Мититаро Комацубара и некоторые подразделения 7-й дивизии. Квантунская армия также потребовала значительно увеличить присутствие японской авиации в воздухе для поддержки своих войск. Это вызвало озабоченность в Токио. Генеральный штаб издал приказ, запрещающий ответные удары, и объявил, что высылает своего офицера, чтобы тот докладывал в Генштаб о происходящем. Эти новости подстегнули командование Квантунской армии начать и попытаться завершить операцию до того, как Генеральный штаб сможет ограничить свободу их действий. Утром 27 июня японская авиация стала бомбить советские базы на территории МНР. В Генеральном штабе в Токио, узнав об этом, были вне себя от ярости, и тут же отправили целую серию приказов, запрещающих какую-либо дальнейшую активность в воздухе.

В ночь на 1 июля японцы с боями переправились через реку Халхин-Гол и захватили стратегическую высоту, создав угрозу для фланга советских войск. Однако в результате тяжелейших трехдневных боев Жуков, контратаковав при поддержке танков, в конце концов, отбросил японцев обратно за реку. Затем он захватил часть восточного берега реки и начал свой большой обманный маневр, называвшийся в Красной Армии «маскировкой». В то время как Жуков тайно готовил крупное наступление, его войска создавали видимость подготовки постоянной линии обороны. В эфир в большом количестве отправляли плохо закодированные радиосообщения, в которых содержались требования стройматериалов для строительства блиндажей, громкоговорители транслировали шум работы строительной техники, распространялось много листовок под названием «Что необходимо знать красноармейцу в обороне» с таким намерением, чтобы часть из них попала в руки врага. Тем временем под покровом темноты Жуков подтягивал танковые подразделения и искусно маскировал их. Водители грузовиков устали до изнеможения, выполняя труднейшую задачу по доставке необходимых для наступления боеприпасов по ужасной дороге от железнодорожной станции.

23 июля японцы атаковали в лоб советскую линию обороны, но не смогли ее прорвать. Их собственные проблемы со снабжением требовали определенного времени для подготовки третьего наступления. Но им не было известно, что силы Жукова к этому моменту возросли уже до 58 тыс. человек при 500 танках и 250 самолетах.

В 5 часов 45 минут утра в воскресенье 20 августа Жуков начал свое неожиданное для японцев наступление, проведя сначала трехчасовую артподготовку, а затем бросив в бой танки, авиацию, пехоту и кавалерию. Стояла ужасная жара. При температуре воздуха свыше 40 градусов пулеметы и орудия, по словам очевидцев, просто заклинивало, а пыль и дым от разрывов снарядов заволокли поле боя.

В то время как советские войска в составе трех стрелковых дивизий и воздушно-десантной бригады упорно сдерживали натиск врага в центре, сковывая основные силы японцев, Жуков послал три танковые бригады и дивизию монгольской кавалерии в обход, нанеся им удар с тыла. Его танки смогли преодолеть вброд приток реки Халхин-Гол и на высокой скорости устремились в тыл противника. Входившие в состав этих бригад танки Т-26 применялись испанскими республиканцами во время Гражданской войны. Они были легкими и быстроходными предшественниками созданного позднее Т-34, лучшего среднего танка Второй мировой войны. Устаревшие японские танки никак не могли противостоять советским Т-26, БТ-5 и БТ-7. У них даже не было бронебойных снарядов.

Японская пехота, несмотря на отсутствие эффективных средств борьбы с танками, сражалась отчаянно. Лейтенант Садакаи атаковал танк, размахивая своим самурайским мечом, пока его не срезала пулеметная очередь. Японские солдаты, заблокированные в своих дзотах, продолжали сражаться и наносили серьезный урон атакующим, вынужденным в некоторых случаях вызывать на помощь танки, вооруженные огнеметами, для их «выкуривания». Жукова не смущали потери в живой силе. Когда командующий Забайкальским фронтом, прибывший наблюдать за ходом битвы, предложил Жукову остановить наступление на некоторое время, тот ответил вежливым, но твердым отказом. Если бы он остановил наступление, а затем бы начал его вновь, утверждал Жуков, то потери советских войск были бы в десять раз больше «из-за нашей нерешительности».

Несмотря на твердую решимость японцев ни при каких обстоятельствах не сдаваться, старомодная тактика и устаревшее вооружение привели Квантунскую армию к унизительному поражению. Войска генерала Комацубара были окружены и почти полностью уничтожены в затянувшейся бойне, в которой погибла 61 тысяча японских солдат. Красная Армия потеряла 7 974 человека убитыми и 15 251 человека ранеными. К утру 31 августа все было кончено. Во время боев на Халхин-Голе в Москве был подписан советско-германский пакт о ненападении. А к тому времени, когда бои завершились, немецкие войска уже сконцентрировались вдоль границ с Польшей, готовые начать войну в Европе. Отдельные стычки продолжались в Маньчжурии до середины сентября 1939 г., но в свете сложившейся международной обстановки Сталин решил, что лучше быть осторожным и согласился на просьбы японцев о прекращении огня.

Жуков, прибывший несколькими месяцами ранее в Москву и опасавшийся тогда ареста, теперь возвратился, чтобы получить из рук Сталина «Золотую Звезду» Героя Советского Союза. Его первая победа, блестящее достижение в страшный для Красной Армии период, имела далеко идущие последствия. Япония была потрясена до самого основания этим неожиданным поражением, в то время как ее китайские враги, как националисты, так и коммунисты, воспрянули духом. В Токио фракция «удара на север», которая стремилась к войне с Советским Союзом, потерпела серьезное поражение. А фракция «удара на юг», во главе которой находилось командование военно-морских сил Японии, с этого момента оказалась на подъеме. В апреле 1941 г. Япония, приведя в полное смятение Берлин, подписала с Советским Союзом пакт о нейтралитете – всего за несколько недель до начала операции «Барбаросса», немецкого вторжения в СССР. Бои на Халхин-Голе, таким образом, оказали большое влияние на последующее решение Японии выступить против колоний Франции, Нидерландов и Британии в Юго-Восточной Азии и даже бросить вызов ВМС США в Тихом океане. Последующий отказ Токио от нападения на Советский Союз зимой 1941 г. с геополитической точки зрения сыграет чрезвычайно важную роль в самый решающий момент войны как на Дальнем Востоке, так и в смертельной схватке Гитлера с Советским Союзом.

Стратегия Гитлера в предвоенный период не была последовательной. Временами он надеялся создать альянс с англичанами, прежде чем осуществить свою конечную цель и напасть на Советский Союз. Затем принимал решение лишить Британию всякого веса на европейском континенте, осуществив превентивный удар по Франции. Чтобы защитить свой восточный фланг на случай, если он все же вначале нанесет удар на западе, Гитлер приказал своему министру иностранных дел Иоахиму фон Риббентропу сделать попытку к примирению с Польшей, предложив ей заключить союз. Поляки, хорошо осознавая насколько опасно провоцировать Сталина, а также правильно предполагая, что Гитлер хочет превратить их страну в своего сателлита, повели себя крайне осторожно. Однако польское правительство из чистого оппортунизма совершило очень серьезную ошибку. Когда Германия в 1938 г. заняла Судетскую область, польская армия оккупировала Тешинскую область Чехословакии, население которой, как Польша утверждала еще в 1920 г., состояло в основном из поляков. Кроме того, Польша раздвинула свои границы и в Карпатах. Все это усилило враждебность к ней со стороны СССР и повергло в ужас английское и французское правительства. Самоуверенность Польши оказалась на руку Гитлеру. Польская идея создания центрально-европейского блока, направленного против немецкой экспансии, – «Третья Европа», как они его называли, – оказалась чистой иллюзией.