6月22日到26日，日军空军先后三次侵犯蒙古领空，苏联空军给予了有力回击，最后日军不敌苏军，以损失上百架飞机的代价草草收场。8月中旬，日军调集7。5万人、182辆坦克和相当数量的火炮和飞机，组建成第六集团军，准备与苏军决战。
朱可夫根据敌我形势建议主动出击，在日控哈勒欣河东岸地区与敌决战，即以占优势的坦克和摩托化部队突袭日军两翼，迂回至其后方达成合围目的，而后逐步 歼灭。这个想法得到了斯大林的首肯。朱可夫断定日军无法及时调动增援部队，因为他们没有足够的快速机动部队。因此，只要苏军能够出其不意地发动侧翼进攻， 一场歼灭战就已经胜利了一半。这就要求战役准备必须保密，并且要施以欺骗行动。为此，苏军制订了周密的作战预案，采取了许多伪装措施和反情报手段，所有部 队调动、兵器配置、现地勘察等行动，都以“隐蔽”二字为第一要求。朱可夫下令印制了几千张传单和《战士防御须知》，并且故意让日军“偶然”得到它们。苏军 还使用易于破译的密码通信，大讲秋冬季防御的问题。为了伪装部队的运动，苏军调来大批音响器材，模拟飞机飞行、坦克开动和构筑工事的打桩声。起初，一有声 音，日军就向苏军阵地射击，十几天之后就习以为常，对任何声音都不在意了。最保密的东西要算是战役计划本身了，总攻计划由朱可夫亲自拟定，各兵种司令员只 根据他的批准分别制定相关计划。所有作战文书，一律只有一名特选的打字员负责。至于各级指挥人员，到行动开始前4天，才按由高到低的级别逐次受领任务?战 斗前3个小时，才向士兵传达战斗任务。这些隐蔽和欺骗手段收到了奇效。日军认为，苏军无意、也无力发动一场进攻战役，只能消极防御，自己一边掌握着战役的 主动权。日军计划8月24日发动进攻，而8月20日正好是星期天，大批日军将校军官休假，有些甚至外出游玩去了。朱可夫果断抓住这一良机，8月19日，苏 军侧翼进攻部队进入进攻出发阵地?20日凌晨5时45分，炮火准备开始?8时45分，苏军发起全线总攻。
铺天盖地的炮火轰击，一下子把日本人打蒙了。日军各级指挥观察所、通讯设施几乎全部被摧毁。炮火在日军阵地四处开花，日军根本摸不清苏军的进攻动向。 经过三天激战，23日傍晚，苏军完成了对日军第六集团军的合围，开始分割歼灭。其间，日军曾派出增援部队，但半路上被苏军顶了回去。被围日军企图冲破包围 圈，同样遭到了失败。8月30日，日本第六集团军全部被消灭。
