优势数量苏军，所以不但不听从第23师团军需官的建议。反而指责其信心不足。不是合格的帝**人。因此第23师团军需官承受不了压力，在部队出动之时自杀。
让关东军没有想到的是，苏军虽然场面上难看，但有朱可夫在。一直没有崩溃。结果准备不足的日军就被动了。由于弹药接济不上。很快由攻势转入全面守势。朱可夫等得就是这个机会，他们这一退，苏军马上就压上来了。
决战开始了！
苏军分三路进攻。
北翼最先以机械化步兵进攻。吸引日军增援。中部则以步兵牵制日军主力。南翼集中一个步兵师、一个装甲旅，约一万人及三百辆坦克，配合火炮、空军向快速北迂回，从侧翼包围河东的日军。
8月2o日，苏军渡过哈拉哈河。
日军的作战策略则是以前线部队阻挡敌军进攻，等待苏军的进攻力减弱后，以援军从侧面包围苏军。但是苏联闪电战式的立体机动作战，特别是大量投入的装甲兵，迅速突破了日军的防线。
8月24日，苏军南北两翼在诺门罕合围。日本关东军第23师团的主力被团团包围，前来增援的第7师团吓得掉头就跑。
8月27日，日军第23师团经过一番苦战后也突围了，但是损失巨大。
战后苏联宣称大胜，全歼日本关东军第6军6万余人，生俘3千人，自身损失4千人。日本也宣称自己取得了胜利，但是没有公布自身伤亡人数。
据1991年苏联解体后解密的档案显示，苏军真正死亡人数约为八千人，超过一千人失踪，另外一万六千人受伤。而关东军第6军的军医部提交给军队高层的报告表明了日军的阵亡人数为7696人，负伤人数为8647人，下落不明的人数为1o21人。
技术装备上，苏军损失装甲车辆超过35o，飞机25o架；日军损失坦克3o辆，飞机18o架。
由此可见，苏军虽然取得了最后的胜利，但损失比日军要大得多
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