Задачи августовской операции были определены в приказе № 0068 от 17 августа. Южная группа полковника Потапова в составе 57-й стрелковой дивизии, 8-й мотоброневой и 6-й танковых бригад должна была наступать в направлении Номон-Хан-Бурд-Обо и во взаимодействии с центральной и северной группами окружить и полностью уничтожить японскую группировку южнее и севернее реки Хайластын-Гол. Ближайшая задача — уничтожить противника на южном берегу этой реки, дальнейшая — принять участие в уничтожении японских войск на её северном берегу. При появлении резервов противника уничтожить их в первую очередь. 8-я кавалерийская дивизия МНРА обеспечивала и прикрывала правый фланг группы. Центральная группа — 82-я и 36-я стрелковые дивизии — должны были атаковать японские войска с фронта, сковать их огнём на всю глубину и не давать возможности производить маневр к флангам. Северная группа полковника Алексеенко в составе 7-й мотоброневой бригады, 601-го стрелкового полка, 82-го гаубичного артиллерийского полка, двух батальонов 11-й танковой бригады и 6-й монгольской кавалерийской дивизии, прикрывавшей левый фланг армейской группы, должна была наступать вдоль государственной границы и во взаимодействии с 36-й стрелковой дивизией и южной группой окружить и уничтожить противника севернее Хайластын-Гола (50).
153 бомбардировщика СБ должны были нанести удар до артиллерийской подготовки по ближайшим резервам и по главной полосе обороны, а также по району Джин-Джин-Сумэ на маньчжурской территории. 90 бомбардировщиков должны были бомбить опорные пункты в долине Хайластын-Гола. Истребители прикрывали действия бомбардировщиков, а также должны были действовать против подходящих резервов противника. Продолжительность артиллерийской подготовки определялась в 2 часа 45 минут. В резерве оставалась 212-я авиадесантная бригада, 9-я мотоброневая бригада и танковый батальон 6-й танковой бригады (51).
Командный пункт армейской группы на горе Хамир-Даба был оборудован по всем правилам инженерного искусства: солидные, в несколько накатов блиндажи, оборудованные надёжной связью с войсками на восточном берегу, а при необходимости с Улан-Батором и Москвой, глубокие ходы сообщения, ведущие к специальным окопам с установленными там сильными оптическими приборами, дающими возможность внимательно наблюдать за ходом боя. На командном пункте Жуков, Штерн, начальник артиллерии Красной Армии комкор Н.Н. Воронов, заместитель начальника ВВС комкор Я.В. Смушкевич, заместитель главкома МНРА корпусный комиссар Ж. Лхагвасурен. Все с нетерпением поглядывают на часы, ожидая начала операции.
К наступлению готовы стрелковые и кавалерийские дивизии, танковые и мотоброневые бригады, артиллерийские части. На аэродромах подготовилась к вылету истребительная и бомбардировочная авиация.
В пять часов, несмотря на то что туман над аэродромами ещё не рассеялся, истребители и бомбардировщики получили команду на взлёт. В 5 часов 15 минут над позициями противника появились эскадрильи пушечных истребителей И-16 и группа бомбардировщиков СБ. Нервы у японских зенитчиков не выдержали, и они начали стрельбу, раскрыв расположение своих батарей. Этого и ждали советские артиллеристы, открыв огонь по японским зенитным батареям. Сверху на них обрушились бомбовые и штурмовые удары. Противовоздушная оборона противника была деморализована и почти полностью подавлена. И тогда в воздухе появились 150 советских бомбардировщиков с максимальной бомбовой нагрузкой. Эскадрилья за эскадрильей пролетали они над японскими позициями, сбрасывая бомбовой груз на окопы, артиллерийские позиции и узлы обороны. Выше их в воздухе кружились, прикрывая бомбардировщики, 150 истребителей.
30 минут на земле рвались бомбы, и стояла стена огня и дыма. Смушкевич, по приказу Жукова, собрал в один кулак и бросил в бой все имевшиеся у него бомбардировщики. Удар был внезапным и сокрушительным. Кроме истребителей, прикрывавших бомбардировщики в воздухе, на аэродромах на случай появления в небе японских самолётов находились в полной боевой готовности ещё два истребительных полка. Но для японской авиации массированный налёт был полной неожиданностью, и никакого противодействия она оказать не смогла. Превосходство в воздухе было на стороне советской авиации.
В 6 часов 15 минут началась артиллерийская подготовка. Два с половиной часа батареи обстреливали огневые точки, окопы, подавляли артиллерию противника. За это время эскадрильи бомбардировщиков вернулись на свои аэродромы. После осмотра машин, заправки их горючим и бомбами они снова поднялись в воздух. Повторный бомбовый удар наносили девять эскадрилий бомбардировщиков. Сверху их прикрывал от налётов японских истребителей 70-й истребительный полк.