Японское командование тоже усиливало свою группировку. 10 августа в составе Квантунской армии была сформирована 6-я армия, объединившая все части, действовавшие в районе Халхин-Гола. Командующим был назначен генерал Огису Риппу. Армия включала в себя 7-ю и 23-ю пехотные дивизии, подразделения 8-го гарнизона, артиллерийские, транспортные части и дивизию «империи» Маньчжоу-Го. В августе на ее усиление были переброшены части 2, 4 и 1-й пехотных дивизий. Всего 6-я армия насчитывала около 65 тысяч человек и более 300 орудий, танков в наличии не имелось. Японский штаб тоже планировал наступление, собираясь сокрушить правый фланг советско-монгольских войск и, прижав их к болотистым берегам Хайластын-Гола, уничтожить. Однако генерал Риппо безнадежно опоздал.
В ночь на 19 июля северная и южная ударные группировки скрытно переправились на восточный берег Халхин-Гола. Внезапность была достигнута полная.
Ранним воскресным утром 20 августа авиация и артиллерия нанесли мощный удар по переднему краю вражеской обороны, по ближайшим резервам и артиллерийским позициям. В 9 часов под звуки «Интернационала», передаваемые громкоговорителями, началась атака по всему фронту. В течение всего дня артиллерия вела напряженный огонь, израсходовав около 30 тысяч снарядов. Артиллерийские батареи и дивизионы передвигались вперед вместе с пехотой и танками и оказывали им поддержку, прямой наводкой расстреливали огневые точки противника. Конечно, без накладок в таком сложном деле обойтись не могло. На южном фланге 6-я танковая бригада задержалась на переправе и в первый день не смогла принять участия в наступлении. Северная группа внезапно натолкнулась на сильный опорный пункт в районе высоты Палец (Фуи).
В беседе с писателем К.М. Симоновым маршал Г.К. Жуков рассказал, что на третий день операции, «когда японцы зацепились на северном фланге за высоту Палец и дело затормозилось», у него состоялся неприятный разговор с командующим фронтовой группой командармом 2 ранга Штерном:
«Штерн приехал ко мне и стал говорить, что он рекомендует не зарываться, а остановиться, нарастить за два-три дня силы для последующих ударов и только после этого продолжать окружение японцев. Он объяснил свой совет тем, что операция замедлилась и мы несем, особенно на севере, крупные потери. Я сказал ему в ответ на это, что война есть война, и на ней не может не быть потерь, и что эти потери могут быть и крупными, особенно когда мы имеем дело с таким серьезным и ожесточенным врагом, как японцы. Но если мы сейчас из-за этих потерь и из-за сложностей, возникших в обстановке, отложим на два-три дня выполнение своего первоначального плана, то одно из двух: или мы не выполним этот план вообще, или выполним его с громадным промедлением и с громадными потерями, которые из-за нашей нерешительности в конечном итоге в десять раз превысят те потери, которые мы несем сейчас, действуя решительным образом. Приняв его рекомендации, мы удесятерим свои потери».
Что-что, а действовать «решительным образом» Георгий Константинович умел, а потери предпочитал считать у противника. Штерн, хоть и был прямым жуковским начальником, свои рекомендации снял. Жуков бросил в сражение все резервы.
23 августа Г.К. Жуков ввел в сражение свои последние резервы. К исходу дня оборона японских войск на всех участках была прорвана и вся вражеская группировка оказалась в окружении. Советско-монгольские войска расчленяли оборону японцев на ряд изолированных очагов и затем уничтожали их. В период с 24 по 27 августа японские войска предпринимали неоднократные атаки с целью прорыва кольца окружения. Все атаки были отбиты, а Жуков отдал приказ о создании вдоль границы линии обороны с траншеями полного профиля, инженерными заграждениями и тремя противотанковыми районами на танкоопасных направлениях. К вечеру 28 августа советские войска при поддержке массированного артиллерийского огня взяли штурмом сопку Ремизова — последний опорный пункт «самураев» на северном берегу реки Хайластын-Гол. К 31 августа последние окруженные японские группы были полностью истреблены.
Чистая победа!
Хотя столкновения на монгольской границе еще продолжались, газета «Правда» 1 сентября 1939 года возвестила о поражении японо-маньчжурских войск на реке Халхин-Гол. 15 сентября в Москве было подписано соглашение между СССР, Монгольской Народной Республикой и Японией о прекращении боевых действий.