На восточном берегу Халхин-Гола начались жаркие бои. Первоначально успех был на стороне атакующих японцев, которые наступали силами двух пехотных и двух танковых полков (130 танков). Здесь им противостояли полторы тысячи красноармейцев и две монгольские кавалерийские дивизии (3,5 тысячи цириков - конников), одна мотобригада. Однако благодаря успешным действиям советских артиллеристов и летчиков в первый день боев у Баян-Цагана было сожжено более 30 японских танков.
Положение для оборонявшихся складывалось критическое, но на выручку поспешил заблаговременно созданный Г.К. Жуковым подвижный резерв. Не давая противнику времени на организацию дальнейших наступательных действий, Жуков со всей решительностью, не дожидаясь подхода стрелкового полка сопровождения (мотопехоты) бросил в бой прямо с марша находившуюся в резерве 11-ю танковую бригаду комбрига М.П. Яковлева, которого поддержал монгольский бронедевизион, вооруженный 45-мм пушками.
Принимая такое рискованное, волевое решение, Жуков столкнулся во мнениях с командармом Г.М. Штерном. Тот, исходя из положений боевого устава РККА, считал, что танки на укрепленные полевые позиции неприятеля без поддержки 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.
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 Баян-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 бронемашины.
Маршал Советского Союза Г.К. Жуков ("великий полководец суворовской школы" - по определению писателя Михаила Шолохова) в своих "Воспоминаниях и размышлениях" писал о том бое:
"Бригада наносила удар с северо-запада; один ее танковый батальон, взаимодействуя с броневым дивизионом 8-й монгольской кавалерийской дивизии и дивизионом 185-го тяжелого артиллерийского полка, атаковал противника с юга.
Развернувшаяся танковая бригада в количестве 150 танков, при поддержке 40 самолетов, стремительно ринулась на врага. В головных порядках главных сил бригады двинулся батальон под командованием командира батальона, замечательного воина майора Михайлова, а впереди батальона уже врезался в боевые порядки японцев взвод лейтенанта Кудряшова, исключительно отважного танкиста.
Японцы были ошеломлены стремительным ударом танковой бригады, притихли в своих противотанковых лунках и только через 10 минут открыли артиллерийский огонь по нашим танкам. От огня противника загорелось несколько танков, и это, видимо, как-то подбодрило японцев. Они значительно усилили артиллерийский и пулеметный огонь. На поле боя уже горело до 15 наших танков. Но никакая сила и огонь врага не могли остановить боевого порыва наших славных танкистов.
Было около 12 часов. По нашим подсчетам, с минуты на минуту должен подойти и вступить в бой 24-й мотострелковый полк. Он был крайне необходим для взаимодействия с танковой бригадой, которая без пехоты несла значительные потери. Но, как это иногда случается на войне, 24-й мотополк вышел по ошибке не к озеру Хуху-Усу-Нур, а к "развалинам".
Развернувшись в боевой порядок, в 13 часов 30 минут южнее озера Хуху-Усу-Нур 24-й полк перешел в наступление, нанося удар с запада на восток. Несколько позже вступила в бой 7-я мотоброневая бригада полковника Лесового.
Японцы отбивались от наших атак отчаянно. Но грозная лавина танков, бронемашин и пехоты все дальше и дальше продвигалась вперед, ломая и громя все, что попадало под гусеницы танков, огонь артиллерии, под удар пехоты.
Японцы бросили всю свою авиацию против атакующих наших войск, но ее встретила и атаковала наша авиация. Бой с неослабевающей силой продолжался всю ночь.
Утром, подбросив за ночь свежие силы, японцы попытались перейти в наступление, но эта их попытка была немедленно подавлена".
Японский солдат Накамура так описал в своем походном дневнике бой 3 июня у подножия горы Баян-Цаган:
"Несколько десятков танков напали внезапно на наши части. У нас произошло страшное замешательство, лошади заржали и разбежались, таща за собой передки орудий; автомашины помчались во все стороны. В воздухе было сбито 2 наших самолета. Весь личный состав упал духом. В лексиконе японских солдат все чаще и чаще употребляются слова "страшно", "печально", "упали духом", "стало жутко".