Принимая такое рискованное волевое решение, Жуков разошелся во мнениях с командармом Г. М. Штерном. Тот, исходя из положений боевого устава РККА, считал, что танки на укрепленные полевые позиции неприятеля без поддержки пехоты посылать нельзя, и требовал дождаться подхода стрелкового полка сопровождения. Однако Жуков настоял на своем, и впоследствии Штерн признал, что в той ситуации принятое решение оказалось единственно возможным.
Получив первый удар и узнав о встречном движении сильной бронетанковой группы советско-монгольских войск, противник решил закрепиться в районе горы Баин-Цаган, используя против наших танков и бронемашин свою противотанковую артиллерию.
Когда командованию советско-монгольских войск стало известно о переправе японцев в районе Баин-Цаган, оно решило немедленно атаковать противника, окружить его и уничтожить. Для этого 2-му батальону 11-й танковой бригады и бронедивизиону 8-й кавалерийской дивизии (18 бронеавтомобилей БА-6) приказывалось активными действиями связать противника с фронта и не допустить его продвижения на юг, главным силам 11-й танковой бригады нанести удар с севера, 24-му мотострелковому полку — с северо-запада, 7-й мотоброневой бригаде, подходившей позднее, — с юга.
Стремительный удар танкистов, поддержанный огнем всей имеющейся артиллерии, поставленной на прямую наводку, и ударами советской авиации, ошеломил противника. Завязались жаркие воздушные схватки. В отдельные моменты в небе над горой Баин-Цаган находилось до 300 самолетов воюющих сторон. Японцы, не успевшие после переправы через Халхин-Гол развернуться в организованные боевые порядки, не смогли противостоять дерзкой атаке танковой бригады. Вскоре танкистов поддержали подошедшие батальоны 24-го мотострелкового полка и 7-й мотоброневой бригады, имевшей в своем составе 154 БА-6, БА-10, ФАИ.
Выполняя приказ командования, главные силы 11-й танковой бригады совместно с бронедивизионом 8-й кавалерийской дивизии Монгольской Народно-революционной армии около 11 часов 3 июля развернулись и с хода атаковали японцев: 1-й батальон 11-й танковой бригады, охватывая гору Баин-Цаган с северо-запада, атаковал противника во фланг и в тыл, а 3-й батальон этой бригады и бронедивизион 6-й кавалерийской дивизии (18 БА-6) атаковали с запада, зажав таким образом неприятеля в стальное танковое полукольцо.
Маршал Советского Союза Г. К. Жуков в своих «Воспоминаниях и размышлениях» писал о том бое: