В ночь со 2-го на 3-е июля войска генерал-майора Кобаяси форсировали реку Халхин-Гол и после ожесточённого боя захватили на её западном берегу гору Баян-Цаган, находящуюся в 40 километрах от маньчжурской границы. Сразу же после этого японцы сосредоточили здесь свои главные силы и стали чрезвычайно интенсивно строить фортификационные сооружения и возводить эшелонированную оборону. В дальнейшем планировалось, опираясь на господствовавшую над местностью гору Баян-Цаган, ударить в тыл оборонявшихся на восточном берегу реки Халхин-Гол советских войск, отрезать и в дальнейшем уничтожить их[78].
На восточном берегу Халхин-Гола также начались ожесточённые бои.
«Соотношение сил в бою на Баин-Цагане по архивным данным было следующим: наши войска имели 1560 штыков, 1956 сабель (6-я кавалерийская дивизия) и 4414 бойцов и командиров других родов войск, 38 орудий, а также 182 танка и 154 бронемашины. Противник имел 6000 штыков, 250 сабель и 1320 бойцов и командиров других родов войск. Соотношение сил было примерно равным. Но противник имел 98 орудий полковой и дивизионной артиллерии и 50 противотанковых пушек. Танков и бронемашин на Баин-Цагане у него не было»[79].
В 11 часов 3 июля к Баин-Цагану подошли батальоны 11-й танковой бригады и сразу же без подготовки после длительного марша с ходу атаковали японские позиции. Ждать, когда подойдёт мотопехота, и провести совместную атаку времени не было. Командир корпуса взял на себя всю полноту ответственности за такое смелое решение. Уже после войны в 1950 г. в беседе с Константином Симоновым Жуков вспоминал о событиях 3 июля: «…Я принял решение атаковать японцев с ходу танковой бригадой Яковлева. Знал, что без поддержки пехоты она понесёт тяжёлые потери, но мы сознательно шли на это. Бригада была сильная, около 200 танков. Она развернулась, и смело пошла. Понесла большие потери от огня японской артиллерии, но — повторяю — мы к этому были готовы. Около половины личного состава бригада потеряла убитыми и ранеными и половину машин. Но мы шли на это. Ещё большие потери понесли советские и монгольские бронечасти, которые поддерживали атаку танковой бригады. Танки горели на моих глазах. На одном из участков развернулись 36 танков, и вскоре 24 из них уже горели. Но зато мы полностью раздавили японскую дивизию»[80].
Сражение у Баян-Цагана продолжалось день и ночь 3 и 4 июля. В отдельные моменты в небе над горой Баян-Цаган находилось до 300 самолетов воюющих сторон[81]. И только к утру 5 июля японские части дрогнули и начали отступать с вершины по крутым скатам к переправе через Халхин-Гол. Под ударами советско-монгольских частей отступление переросло в паническое бегство. Переправлялись на восточный берег под огнём советской артиллерии и танков, теряя сотни убитых и раненых.
Победа советско-монгольскими частями у Баин-Цагана была одержана дорогой ценой. 11-я танковая бригада, наносившая главный удар по японским частям, потеряла половину личного состава и 82 танка. Не меньший урон понесли другие советские и монгольские броневые части. Всего в июле, в основном на Баин-Цагане, потери составили 175 танков и 143 бронемашины[82].
Это был первый крупный успех советско-монгольских войск за полтора месяца боёв. О дальнейших попытках переправиться через реку и захватить плацдарм на западном берегу не могло быть и речи. Однако сбросить советско-монгольские войска в Халхин-Гол и захватить монгольскую территорию к востоку от реки, рассчитывали по-прежнему.
События на монголо-маньчжурской границе показали, что там ведётся необъявленная война, которая в любой момент может охватить огромные территории.
По линии НКВД И.В. Сталину было доложено, что в Монголии «предательство» и что комдив Жуков «преднамеренно» бросил в бои танковую бригаду без разведки и пехотного сопровождения (что и соответствовало действительности). Для расследования действий комдива Жукова в район боев направляется следственная комиссия во главе с заместителем наркома обороны, командармом 1-го ранга Г.И. Куликом[83].