Но все же советский командующий реагировал решительно и хладнокровно в первые и самые критические часы японского наступления. Хотя противник застал врасплох советские войска и имел численное превосходство в пехоте, Жуков сразу понял, что (как он сам выразился) "нашей козырной картой были танковые и мотоброневые бригады, и мы решили использовать их немедленно". Жуков быстро разыграл свои козыри, и это оказалось решающим фактором. Некоторые критиковали нескооординированные и поспешные контратаки сразу с марша без поддержки пехоты, в которые была брошена советская бронетехника против наступающих полков Комацубары утром 3 июля, но японские войска находились в лишь в нескольких часах марша до слияния рек и советского моста. Сходу бросая свои танки и бронемашины в бой, командир 11-й танковой бригады М. Яковлев и командир 7-й мотоброневой бригады А. Лесовой понесли тяжелые потери. Но они остановили наступление Комацубары и заставили его войска перейти к обороне, после чего он так и не смог возобновить наступление. Жуков не боялся пойти на большие жертвы, чтобы выполнить поставленные задачи. После войны он говорил генералу Дуайту Эйзенхауэру: "Если мы обнаруживаем минное поле, наша пехота наступает так, как будто его нет". Жуков признал потерю 120 танков и бронеавтомобилей в тот день - высокая, но необходимая цена за то, чтобы предовратить поражение.
Позже в своих мемуарах Жуков оправдывал свою тактику у Номонхана, заявляя, что он знал, что его бронетехника понесет очень большие потери, но это был единственный способ не позволить японцам захватить советский мост у слияния двух рек. Если бы солдаты Комацубары наступали на юг беспрепятственно еще два-три часа, они могли выйти к советскому мосту и соединиться с отрядом Ясуоки, расколов войска Жукова и поставив их в очень опасное положение. Своим своевременными контратаками и самопожертвованием экипажи танков и бронеавтомобилей бригад Яковлева и Лесового предотвратили критическую ситуацию. Также в этом бою хорошо проявил себя батальон бронеавтомобилей монгольской 8-й кавалерийской дивизии.
Жуков и его танкисты выучили важные уроки за эти два дня тяжелых боев. Один важный урок состоял в успешном использовании крупных танковых соединений без поддержки пехоты для контрударов. Это противоречило ортодоксальной военной тактике того времени, которая рассматривала танки прежде всего как средство поддержки пехоты и требовала интеграции танков в пехотные дивизии, а не применения их крупными отдельными соединениями. Германская армия продемонстрировала устрашающую эффективность своих танковых дивизий в Польше вскоре после завершения Номонханского инцидента - и в 1940 в Западной Европе, но до германского блицкрига ни в одной из армий великих держав не применялись на практике идеи теоретиков танковой войны - Лиддел-Гарта и молодого Шарля Де Голля. В Советском Союзе главным идеологом крупномасштабной танковой войны был маршал Михаил Тухачевский, и после его казни в 1937 его идеи умерли вместе с ним. Сделав неверные выводы из опыта Гражданской войны в Испании, командование Красной Армии расформировало свои танковые дивизии и распределило большую часть танков по пехотным дивизиям. Однако Жуков приобрел другой боевой опыт на другом поле боя. Открытая степь и низкие песчаные холмы восточной Монголии были благоприятной местностью для использования танков. Жуков быстро учился.
Были и другие уроки. Японские пехотинцы, отважно взбираясь на советские танки, наглядно показали танкистам необходимость люков, которые надежно закрываются изнутри. Этот недостаток дорого обошелся 11-й танковой бригаде 3 июля. Кроме того, советские танки БТ-5 и БТ-7 слишком легко загорались даже от примитивных зажигательных бомб, таких, как бутылки с бензином. Открытые вентиляционные решетки и выхлопные трубы были особенно уязвимы, их необходимо было как-то защитить.
Жуков писал: "Опыт боя у Баин-Цагана показал, что танки и мотострелковые части, взаимодействуя с подвижной артиллерией и авиацией, являются решающим средством для быстрых наступательных операций". Он открыл формулу победы. И хотя он был не первым, кто задумывал объединить элементы мобильности и огневой мощи, мало кому представлялась такая возможность проверить эту формулу на практике.
Наконец, японское наступление подтвердило первоначальное мнение Жукова, что Номонханский инцидент - не просто пограничная стычка. Теперь советская сторона считала очевидным, что японцы, начавшие пограничный конфликт в начале мая и пошедшие на его эскалацию 28 мая, 27 июня и 3 июля, готовились к дальнейшей агрессии. В Москве согласились с оценкой Жукова. Благодаря шпионской сети Рихарда Зорге Сталин знал об усилиях Японии по созданию антисоветского военного альянса с Германией. Это была угроза, к которой следовало отнестись предельно серьезно. Сталин и Молотов дали понять Риббентропу, что отношение Берлина к советско-японскому конфликту будет одним из важнейших факторов в советской оценке возможности сближения с Германией.