Ночью 11-12 июля все три батальона 64-го полка полковника Ямагаты и части 72-го полка полковника Сакаи Микио выступили для новой атаки советского плацдарма. Пройдя мимо скорбных обломков машин отряда Адзумы, уничтоженных в бою 28 мая, 1-й батальон Ямагаты атаковал плацдарм, подбил несколько советских танков и отбросил защитников к реке. В 4:30 утра 1-й батальон достиг склона высоты всего в 1500 ярдах от Халхи. Передовые части батальона оказались всего в 500 ярдах от реки, но там их атаковали до 30 советских танков и бронеавтомобилей. В этот момент две роты советской пехоты при поддержке 15 танков атаковали с высоты левый фланг батальона, а его правый фланг и тыл подверглись сильному обстрелу советской артиллерии. Японские скорострельные 37-мм пушки открыли огонь по советским танкам, но на них обрушился огонь советской артиллерии с западного берега Халхи, и японские пушки были вскоре разбиты. Группы японских подрывников подошли к основному советскому мосту у слияния двух рек, но наткнулись на танки советской 11-й бригады и были отброшены. Советская пехота и танки окружили 1-й батальон. Солдаты с обеих сторон бросали гранаты в противника с дистанции не более 30 ярдов. В бой вступили советские огнеметные танки ХТ-26. Грохот боя был оглушительным. С наступлением дня советские контратаки силами двух пехотных батальонов при поддержке артиллерии и 150 танков 11-й бригады отбросили японцев на исходные позиции. Командир 11-й танковой бригады комбриг Яковлев погиб в том бою "славной смертью", и, как Ремизов, был посмертно награжден званием Героя Советского Союза. Танк, в котором он погиб, до сих пор стоит как памятник на поле боя.
Бой 11-12 июля оказался последней попыткой Комацубары изгнать советских и монгольских "нарушителей" с восточного берега Халхи. После этого генерал Комацубара решил прекратить ночные атаки, так дорого стоившие его пехоте. В ту ночь только один 64-й полк потерял до 90 человек убитыми и в три раза больше ранеными. Это решение Комацубары было противоречивым. Несколько месяцев спустя он заявлял, что не знал, как близко его солдаты подошли к советскому мосту. Но на решение прекратить ночные атаки повлияли и другие факторы.
За все время боев у Номонхана превосходство советской артиллерии, количественное и качественное, было болезненной проблемой для японцев. Советские орудия непрерывно наносили потери японской пехоте, заставляя ее отходить с захваченных дорогой ценой, но уязвимых для обстрела позиций. Кроме прямого нанесения потерь был и еще один фактор. Мало что так губительно действует на моральный дух пехотинца, как непрерывный обстрел вражеской артиллерии и неспособность своих артиллеристов на него эффективно ответить. 9 июля штаб Квантунской Армии сообщил генералу Комацубаре что скоро он получит сильные артиллерийские подкрепления. Для этого командованию Квантунской Армии пришлось фактически отобрать тяжелую артиллерию у других своих дивизий и сосредоточить ее у Номонхана. Кроме того, из Японии в Квантунскую Армию была направлена 3-я бригада тяжелой артиллерии, и тоже переброшена к Номонхану. Эта бригада состояла из полка 150-мм гаубиц (модель 1936 года, самая современная в японской армии) и полка 100-мм пушек (модель 1932 года). Оба полка были полностью моторизованы, их орудия буксировались тягачами, а боеприпасы перевозились на грузовиках, тогда как вся артиллерия 23-й дивизии была на конной тяге. 3-я артиллерийская бригада уже некоторое время назад была предназначена для отправки в Квантунскую Армию, потому что в метрополии пока не было необходимости в тяжелой артиллерии, а Квантунской Армии не хватало артиллерии по сравнению с Красной Армией. Номонханский инцидент лишь ускорил переброску бригады в Маньчжоу-Го.
Генштаб надеялся, что Квантунская Армия, получив такие подкрепления, сможет превзойти противника в артиллерийском бою и отступить от Номонхана, добившись "удовлетворительного результата". Но у командования Квантунской Армии были более амбициозные замыслы. Усиленная японская артиллерия должна была нейтрализовать советскую артиллерию и бронетехнику, позволив японской пехоте изгнать "нарушителей" и добиться не просто удовлетворительного результата, а решительной победы. В Токио и Синцзине это казалось относительно безопасным и недорогим способом "сравнять счет" у Номонхана.
К третьей неделе июля японцы сосредоточили у Номонхана 86 тяжелых орудий - 100-мм, 120-мм и 150-мм пушек и гаубиц. Этим артиллерийским корпусом командовал генерал-майор Утияма Эйтаро, старший артиллерийский офицер Квантунской Армии. Это он рекомендовал Комацубаре прекратить ночные атаки, чтобы советская артиллерия не была отведена за пределы дальности стрельбы его орудий, и чтобы можно было вести огонь, не опасаясь нанести потери своей пехоте.