В конце дня, около 19 часов, наши войска предприняли одновременную атаку с трех сторон. Однако противнику удалось отразить ее. Бой продолжался и ночью.

Начавшиеся трехдневные бои за обладание горой Баин-Цаган оказались бескомпромиссными. С обеих сторон в них участвовало до 400 танков и бронемашин, более 800 артиллерийских орудий, сотни самолетов. Особенно отличились 149-й и 24-й стрелковые полки под командованием майора И. М. Ремизова (ему посмертно было присвоено звание Героя Советского Союза) и И. И. Федюнинского. Японцы постоянно атаковали, стремясь вернуть себе инициативу в боях, но комкор Г. К. Жуков и начальник штаба 57-го отдельного корпуса комдив М. А. Богданов быстро реагировали на малейшее изменение обстановки на берегах Халхин-Гола.

Поскольку наступавшие японские войска имели заметное численное превосходство, к ночи 3 июля советские войска отошли к Халхин-Голу, сократив свой плацдарм к востоку от ее берега. Однако ударная группировка японцев под командованием генерал-лейтенанта Ясуоки со своей задачей не справилась.

4 июля враг сам пытался перейти в контратаку. В то же время его авиация большими группами стремилась нанести удар с воздуха, чтобы деморализовать советско-монгольские войска. Но наши летчики преградили путь вражеской авиации и в развернувшемся воздушном бою обратили ее в бегство. Встреченная ураганным огнем артиллерии контратака противника захлебнулась.

Вечером 4 июля наши части предприняли третью общую атаку по всему фронту. Ожесточенный бой затянулся на всю ночь. Напрягая последние усилия, японцы стремились во что бы то ни стало удержать в своих руках гору Баин-Цаган.

К вечеру 4 июля японские войска удерживали только вершину Баин-Цаган — узкую полоску местности в 5 километров длиной и 2 километра шириной. На этом участке были сосредоточены все силы японцев, которые переправились на западный берег Халхин-Гола. Бои на Баин-Цаган не утихали весь вечер и всю ночь.

К 3 часам 5 июля сопротивление врага было наконец сломлено. Не выдержав натиска советско-монгольских частей, в особенности наших танков, противник в беспорядке устремился на восточный берег Халхин-Гола. Единственный понтонный мост, наведенный японцами для переправы, был ими же преждевременно взорван.

Охваченные паникой японские солдаты и офицеры бросались прямо в воду и тонули на глазах наших танкистов.

Только болотистые берега и глубокое русло Халхин-Гола помешали нашим танкам и бронемашинам переправиться на восточный берег реки. Остатки японцев на западном берегу были уничтожены в рукопашной схватке. В районе горы Баин-Цаган противник потерял тысячи солдат и офицеров, а также огромное количество вооружения и боевой техники. Наши летчики сбили за время боев в районе Баин-Цаган 45 японских самолетов.

Таким образом, японцы, стремясь глубоким маневром в обход окружить и уничтожить советско-монгольские части, сами попали в окружение, которое закончилось разгромом их главной группировки. Боевые действия советско-монгольских войск в районе Баин-Цаган являются блестящим примером активной обороны наших войск, завершившейся решительным поражением ударной группировки врага. Основную роль в разгроме противника сыграли танки и бронемашины. Опыт боев показал, что эти быстро подвижные средства, сочетая в себе маневренность и ударную силу, могут быть с не меньшим эффектом использованы не только в наступлении, но и в обороне. Необходимыми условиям для этого являются правильная постановка боевых задач, соответствующая боевым свойствам этого оружия, умелое управление бронетанковыми соединениями со стороны общевойсковых и танковых начальников, четкая и правильная организация взаимодействия с другими родами войск.

В результате неординарных боевых решений военачальника Г. К. Жукова японские войска у горы Баин-Цаган оказались наголову разгромленными и к утру 5 июля их сопротивление оказалось сломленным. На горных склонах погибло более 10 тысяч неприятельских солдат и офицеров. Остатки японских войск в беспорядке и панике бежали на противоположный берег реки. Они потеряли почти все свои танки и большую часть артиллерии.

Трехдневные бои на берегах Халхин-Гола японские войска вели под командованием «специалиста по Красной армии» генерал-лейтенанта Мититаро Камацубары. Как уже упоминалось, в свое время он был военным атташе посольства Страны восходящего солнца в Москве. Его «отъезд» с поля боя под Баин-Цаган описывает в своем армейском дневнике старший унтер-офицер его штаба Отани:

Японское командование не сумело использовать свои танки для маневра. Оно направило их в группу, которая выполняла, по существу, задачу сковывания наших войск на восточном берегу Халхин-Гола, и тем самым лишило свою ударную группировку необходимых быстроподвижных и ударпых средств.

Как позже отмечал Г. К. Жуков, после сражения за высоту Баин-Цаган японские войска «…больше не рискнули переправляться на западный берег реки Халхин-Гол». Все последующие действия пограничного конфликта проходили на восточном речном берегу.

В Генеральном штабе РККА был сделан обстоятельный (на основе боевых донесений с мест событий) разбор боев с 5 по 9 июля. В телеграмме Ворошилова и Шапошникова командующему группировкой среди прочего подчеркивалось:

После поражения в районе горы Баин-Цаган японцы, пополнив и перегруппировав свои силы, готовились к новым наступательным действиям. Однако они не отваживались более на глубокий маневр в обход, связанный с форсированием реки.

Поставив перед собой ограниченную задачу — лишить советско-монгольские войска выгодного плацдарма на восточном берегу реки Халхин-Гол, противник пытался фронтальными атаками отбросить наши части на западный берег. В ночь на 7 июля на участке 149-го стрелкового полка японцы предприняли первую атаку. Удар противника оказался неожиданным, и подразделения полка были потеснены к Халхин-Голу. С наступлением рассвета японцы прочно закрепились в районе одной из высот, расположенной в 3–4 км от реки. В бою 8 июля здесь погиб отважный командир 149-го стрелкового полка майор Ремизов. За мужество и геройство, проявленные в боях с японскими захватчиками, советское правительство присвоило посмертно майору Ремизову звание Героя Советского Союза, а высота, на которой находился его командный пункт, была названа его именем.

Ночные атаки японцев на разных участках расположения наших войск повторялись до 11 июля, но все они были отбиты, и враг сколько-нибудь существенных успехов не добился.

11 июля японцы предприняли наступление уже всеми своими силами, направляя главный удар на высоту Ремизова.

Имея значительное численное превосходство над нашими частями, противник захватил эту высоту, но его дальнейшее продвижение было остановлено героическим сопротивлением советско-монгольских войск. Только одна рота японцев, имея целью прорваться к переправе через Халхин-Гол, вклинилась в нашу оборону и пыталась закрепиться на одном из песчаных барханов. Совместной атакой пехоты и танков 11-й танковой бригады эта группа была уничтожена. В этом бою геройской смертью погиб командир 11-й танковой бригады Герой Советского Союза комбриг Яковлев, лично возглавивший атаку пехоты и танков.