В ночь на 9 августа 1940 года вся 6-я танковая дивизия благополучно форсировала реку. Авиация противника попыталась бомбить места переправ, однако встретила упорное сопротивление 12,7 мм зенитных пулемётов, 23 мм спаренных зенитных автоматов и 85 мм зенитных орудий.
С появление танков на северном участке 8-я монгольская кавдивизия продолжила наступление. Наступление дивизии было организованно уже по территории Маньчжурии в обход занимаемых японцами позиций. В течение всего последующего хода операции 8-я кавалерийская дивизия двигалась впереди механизированных частей РККА и, встретив крепко удерживаемые японо-маньчжурами позиции, просто обтекала, после чего шла дальше на указанный рубеж блокирования. А вслед за 8-й монгольской кавдивизией к занимаемым противником опорным пунктам подкатывал стальной каток частей РККА и после нанесения массированного артиллерийского удара дивизионов обеспечения наступления уничтожал противника, пехотные подразделения РККА занимали господствующие высоты на рубеже блокирования, надежно прикрывая северный участок от попыток деблокирования со стороны резервов маньчжурских войск.
Северная группа войск за два дня стремительным ударом отбросила за линию границы два полка баргутской конницы и овладела передовыми позициями противника, подойдя непосредственно к сильно укрепленному узлу сопротивления, расположенному в районе высоты Фуи ("Палец"). Попытка овладеть с ходу этим узлом сопротивления не увенчалась успехом. Части Северной группы вынуждены были развернуть свои главные силы. Завязался ожесточенный бой.
Противник, оказывая яростное сопротивление, отбивал все атаки частей Северной группы войск, однако почувствовав угрозу на флангах, японское командование с наступлением темноты начало производить отвод войск прикрывающих фланги и стягивание их в центр своей обороны в район высоты Фуи с целью формирования мощного узла сопротивления.
Развивая успех, достигнутый в первые два дня наступления, советско-монгольские части в последующие дни продолжали упорную борьбу внутри оборонительной полосы японцев. На участке Южной группы подразделения 11-й танковой дивизии, обойдя левый фланг противника с большим трудом преодолевая естественные препятствия, к исходу 9 августа заняли весь район "Больших Песков". Таким образом, наши подвижные соединения уже на второй день наступления вышли на пути отхода южной группировки японцев на восток.
Действуя на правом фланге 1-й армейской группы в первом эшелоне совместно со стрелковым полком и монгольским конным дивизионом, 11-я танковая дивизия прорвалась в глубину обороны противника и, маневрируя, начала штурмовать его опорные пункты с тыла. За период боев с 8 по 10 августа 11-я танковая дивизия потеряла 25 танков сгоревшими и 52 подбитыми, уничтожив до двух пехотных полков противника. Аналогичную боевую задачу на левом фланге в составе Северной группы войск выполняли подразделения 6-й танковой дивизии.
В то же время стрелковые части Южной группы 9 августа глубоко вклинились в основную оборонительную полосу противника, разгромили его ближайшие тактические резервы и захватили ряд артиллерийских позиций. Стремительными ударами они расчленили оборону японцев на ряд терявших между собой связь узлов сопротивления, блокировали их и последовательно уничтожали. Каждую огневую точку приходилось брать штурмом, предварительно вывалив на противника несколько десятков тон артиллерийских снарядов и мин. При этом большую роль сыграли огнеметные танки, своевременно перемещаемые к очагам сопротивления. Орудия всех калибров, в том числе и 152-мм, выдвигались на открытые позиции и прямой наводкой с близких дистанций расстреливали огневые точки врага, а затем в бой шли огнеметные танки, которые выжигали живую силу из блиндажей и подземных укрытий, а пехота ручными гранатами и штыками довершала истребление японских солдат и офицеров. Особенно упорное сопротивление оказали два опорных пункта, располагавшиеся в 4-5 км к югу от реки Хайластын-Гол. Части 57-й стрелковой дивизии блокировали их и при содействии огнеметных танков уничтожили японские гарнизоны.
К исходу 10 августа вся оборонительная полоса японцев на участке наступления Южной группы была взломана. Остался не взятым только один опорный пункт в районе отметки 757. В то же время механизированные части Кяхтинского армейского корпуса вышли к государственной границе юго-восточнее Номон-Хан-Бурд-Обо, заняли оборону фронтом на северо-восток и окончательно отрезали пути отхода южной группировке врага, и совместно с нашей 11-й таковой дивизией завершили их полное окружение.