В ночь на 3 июля японцы начали наступательную операцию, что стало полной неожиданностью для советско-монгольского командования. В распоряжении Г.К. Жукова была лишь 11-я танковая бригада комбрига Яковлева без поддержки еще не подошедшей пехоты. Он приказал идти танкистам в контратаку. При этом он сильно рисковал, так как этот приказ противоречил советским боевым уставам. Более того, для Жукова это был первый опыт командования крупной группировкой войск в боевой обстановке.
Это сражение вошло в историю как Баин-Цаганское побоище. Половина техники бригады была потеряна, около 200 танкистов погибло. Часть советских войск оказалась в окружении, ситуация становилась опасной. Из Москвы вылетела комиссия для разбирательства и «прощупывания» Жукова.
В начале августа на халхин-голском направлении была развернута 6-я японская армия под командованием генерала Огису Риппо. В ее состав вошли 7-я и 23-я пехотная дивизии, 14-я пехотная бригада, маньчжурская пехотная бригада и три кавалерийских полка. Численность данного объединения достигала 75 тысяч человек личного состава, на вооружении которых имелось 500 орудий и 182 танков. Для поддержки наземных войск с воздуха было выделено до 350 самолетов.
К этому времени советское командование перебросило в район Халхин-Гола две стрелковые дивизии, 6-ю танковую и 212-ю воздушно-десантную бригады, увеличив количество самолетов до 515. Кроме того, Монголия выдвинула туда три кавалерийские дивизии (4,8 тысяч человек) во главе с маршалом Х. Чойбалсаном. В результате этого численность советско-монгольских войск превышала численность японских по пехоте в 1,5 раза, по танкам в 4 раза, по артиллерии в 2 раза и по самолетам в 1,6 раза.
Несмотря на это, 17 августа японские войска перешли в наступление, но к 20 августа были остановлены сопротивлением советско-монгольских войск. После этого 20 августа после ударов авиации и почти трехчасовой артподготовки советско-монгольские войска сами перешли в наступление и, нанося удары по флангам, 23 августа окружили противника, а к исходу 28 августа нанесли ему поражение. 31 августа территория Монгольской Народной Республики была полностью освобождена от японских захватчиков.
Правда, и после этого японское командование не отказалось от своих планов. 4 и 8 сентября японцы силами подошедшей 2-й пехотной дивизии вновь устремились на территорию МНР, но также были отброшены. Одновременно в течение нескольких дней, вплоть до 15 сентября, японская авиация пыталась взять реванш в воздухе. Однако и там советские летчики одержали убедительную победу.
15 сентября в Москве было подписано советско-японское соглашение, согласно которому с 14 часов 16 сентября боевые действия в районе реки Халхин-Гол прекращались. К тому времени там японские войска уже потеряли около 61 тысяч человек личного состава (из них около 25 тысяч убитыми), 200 орудий, 660 самолетов. На то время потери советских войск составили 8 тысяч человек убитыми, около 16 тысяч человек ранеными, а также 207 самолетов.
За героизм и мужество, проявленные в боях на Халхин-Голе, 24 части и соединения были награждены орденами Ленина и Красного Знамени, 70 человек удостоены звания Героя Советского Союза, в том числе Г.К. Жуков, а комкор Я. Смушкевич, майоры С. Грицевец и Г. Кравченко стали первыми дважды Героями Советского Союза.
Всем известно, что вооруженный конфликт на реке Халхин-Гол в качестве основного действующего лица выдвинул Г.К. Жукова. Но в военных кругах упорно ходили разговоры о том, что истинным разработчиком плана наступательной операции был не Георгий Константинович, а начальник штаба армейской группы комбриг Михаил Андреевич Богданов, который практически остался неизвестным. По итогам операции был удостоен только ордена Красного Знамени, при том что монголы вручили ему высший в то время национальный орден «Красное Знамя за воинскую доблесть».
А дело было в том, что по окончании боевых действий в сентябре 1939 года приказом НКО СССР комбриг М.А. Богданов был назначен заместителем командующего 1-й армейской группы, штаб которой находился в г. Улан-Батор. В том же месяце Постановлением Правительства СССР он был назначен председателем советско-монгольской делегации в Смешанной комиссии по разрешению спорных вопросов о государственной границе между МНР и Маньчжурией в районе конфликта. Однако в ходе переговоров стороны вскоре зашли в тупик, так как ни одна из них не признавала карты другой стороны в качестве основы для переговоров, а отсутствие четкой демаркационной линии (границы) создавало определенную нервозность в высшем советском руководстве, поскольку начавшийся конфликт советской и мировой общественности должен был быть представлен как акт нарушения границы МНР и агрессии со стороны Квантунской армии.