Перевалив через железную дорогу, части кавбригады атаковали тылы 17-й пехотной бригады противника, оборонявшей Чжалайнорский узел. Пехотинцы не выдержали натиска кубанцев, побежали. Им на выручку поспешила китайская и белогвардейская кавалерия. В кровавой рубке схлестнулись красные и белые конники. Большие потери несли обе сражавшиеся стороны. И все-таки кубанцы выиграли бой.

5-я отдельная Кубанская кавалерийская бригада со своей задачей справилась: обойдя Чжалайнор, она отрезала китайские войска от Хайлара.

Перед 36-й Сибирской дивизией стояла задача овладеть Чжалайнором с фронта. Подступы к Чжалайнорскому укрепрайону были непростыми. Между реками Аргунь и Мутная Протока долины были залиты осенними дождями, и теперь, когда ударили морозы, превратились в ледяные поля. Это благоприятствовало обороняющимся, а тем, кто наступал, создавало большие трудности.

Уже с первых часов завязавшиеся бои обрели ожесточенный характер. Цепи полков 36-й дивизии, несмотря на упорное сопротивление противника, неотвратимо давили на его позиции. Укрывшись в блиндажах, белокитайцы сражались отчаянно и даже после занятия красноармейцами окопов продолжали драться.

К исходу 17 ноября дивизия, почти целиком уничтожив 14-й китайский полк, вплотную приблизилась к Чжалайнору, но овладеть городом не смогла.

Ранним утром авиаразведка обнаружила крупные силы белокитайских войск, двигавшиеся от станции Цаган к осажденному Чжалайнорскому гарнизону. Блюхер реагирует быстро и жестко: он приказывает Вострецову поставить плотный огневой заслон подкреплению из Цагана и к 12 часам взять Чжалайнор.

Приказ командарма Забайкальская группа выполнила точно и в срок. Мощной артподготовкой цаганское подкрепление белокитайцев было остановлено. Одновременным штурмом 36-й стрелковой дивизии и подошедшими полками 35-й стрелковой дивизии Чжалайнор к середине дня был захвачен. Остатки гарнизона попытались вырваться, но за городской чертой попали под клинки Кубанской кавбригады.

Захват Чжалайнора был первым этапом операции. Второй этап — Маньчжурия.

36-я дивизия вышла на южный участок Маньчжурского узла и соединилась с частями 21-й Пермской дивизии, блокировавшими укрепрайон с запада. Чжалайнор-Маньчжурская группировка оказалась в окружении войск ОДВА, ей окончательно были отрезаны все пути для отхода. Чтобы избежать напрасного кровопролития, комкор Вострецов предъявил окруженным частям ультиматум о безоговорочной капитуляции. Командующий белокитайскими войсками Лян Чжуцзян капитулировать отказался.

На следующий день бои вспыхнули с новой силой. На передовые линии наступающих войск выехали Блюхер и член РВС Доненко. Слух об этом моментально разнесся по фронту. Позже командир 35-й дивизии П. С. Иванов вспоминал о том, какое огромное влияние оказало на красноармейцев присутствие на поле боя командарма и члена РВС. Находясь в наиболее ответственных местах развертывающихся под Маньчжурией сражений, они нередко брали на себя руководство конкретным боем. Непосредственная живая связь с бойцами в значительной мере усиливала боевой дух подразделений и содействовала успеху.

Красные полки вновь штурмовали сильно укрепленные позиции. Здесь по рекомендации командарма, как под Перекопом и Волочаевкой, успешно применялся его метод прорыва обороны противника волнообразными атаками. Первый эшелон атакующих цепей занимал окопы переднего края, забрасывал гранатами блиндажи и, не задерживаясь, шел вперед в глубь обороны. Очистка блиндажей от вражеских солдат, подавление локальных очагов сопротивления производились вторым и третьим эшелонами.

108-й Белорецкий полк 36-й дивизии преодолевал наиболее укрепленную полосу китайской обороны. Неся большие потери, батальоны никак не могли пробить эту «проклятую полосу»: сказывалось пятикратное численное превосходство обороняющейся стороны. И тогда на этот участок была направлена единственная в Забайкальской группе рота танков МС-1. Появление на поле боя танков вызвало у противника панику. Командир 108-го полка отмечал потом, что танки оказали бойцам неоценимую боевую и особенно моральную поддержку. Своим появлением и огнем они вносили деморализацию в ряды противника. С помощью танков полк наконец опрокинул врага и ворвался на окраину станции Маньчжурия.

Утром многочисленные отряды китайской конницы и пехоты хлынули из города Маньчжурия на юг. Они шли напролом, не считаясь с потерями. Кубанская кавалерийская бригада и Бурят-Монгольский кавдивизион с шашками наголо кинулись на прорывающихся китайцев. Поле покрылось телами убитых и раненых…

Части 36-й Сибирской и 21-й Пермской дивизий вошли в город. Гарнизон сдался. В плен попал весь штаб Чжалайнор-Маньчжурской группировки во главе с Лян Чжуцзяном.

К исходу 20 ноября Блюхер телеграфировал в Реввоенсовет Республики: «Чжалайнор занят 18 ноября, Маньчжурия — 20-го… Противник упорно сопротивлялся… Разгромлены полностью 15-я и 17-я смешанные бригады противника. В результате боев взято свыше 8 тысяч пленных… Захвачен командующий Северо-Западным фронтом генерал Лян Чжуцзян со своим штабом и около 250 офицеров. Противник потерял убитыми около полутора тысяч.

Нами взята почти вся имеющаяся артиллерия, два бронепоезда, большое число военного имущества, снаряжение и прочее.

Наши потери: убитых — 123 человека, раненых — 605 человек…

Наши войска дрались отлично, проявляя высокую доблесть и героизм».

Войска Забайкальской группы ОДВА в последующие дни овладели станцией Цаган и городом Хайлар.

К этому времени сводная группа Лапина разгромила в Приморье гарнизон Мишань-фу. Были захвачены штабы 1-й Мукденской кавалерийской дивизии и 1-й стрелковой бригады. В боях было уничтожено более тысячи белокитайцев.

Бесславный финал враждебных происков, проводимых правящими кругами Китая против СССР, заставил мукденское и нанкинское правительства пойти в конфликте с КВЖД на попятную.

Маньчжурский правитель маршал Чжан Сюэлян обратился к советским властям с предложением срочно начать переговоры об урегулировании советско-китайского конфликта. 22 декабря в Хабаровске состоялось подписание советско-китайского протокола о восстановлении положения на КВЖД. Согласно протоколу все без исключения советские граждане, арестованные китайскими властями после 1 мая 1929 года и в связи с конфликтом, немедленно освобождались. Рабочим и служащим, уволенным с дороги, предоставлялось право вернуться на занимаемые ими до увольнения должности. Советское правительство соглашалось, в свою очередь, освободить арестованных в связи с конфликтом китайских граждан и интернированных китайских солдат и офицеров. Возобновлялись консульские отношения. На границах Китая и СССР восстанавливалось мирное положение. Китайские власти дали обязательство разоружить русские белогвардейские отряды. Войска обеих сторон отзывались на свои места дислокации.

Боевые успехи молодой Особой Дальневосточной армии были по достоинству отмечены высокими наградами страны. ОДВА за доблестные действия по защите Родины была награждена орденом Красного Знамени и отныне именовалась Особая Краснознаменная Дальневосточная армия. Ордена Красного Знамени удостоились свыше 500 командиров и красноармейцев, участвовавших в боях против белокитайцев.