日军绵延40公里的前沿阵地，笼罩在浓烈的烟火之中，日军的观察所、通讯联系及炮兵阵地全被摧毁。8时45分，苏蒙军分为3个集群，从南路、北路和中央3个方面向日军阵地发起猛攻。
8月23日，在苏军的强大攻势下，日本关东军包括三个精锐师团部队全线溃败，被苏军围歼。战斗到最后，前线日军只剩下400人，整建制跑出来的只有骑兵联队百十人。这场战争让日本关东军的优秀指挥官损失殆尽，关东军司令官植田谦吉辞职，前线总指挥小松原切腹自杀，参谋长冈本双腿被斩，最终导致时任日本内阁总辞职。
