8月下旬，关东军司令官命令第23师团尽快发动地面攻势，23师团师团长小松原在收到催促后立即命令日军小林少将所部6000余人向哈拉哈和西岸发动攻击
9月1日，在小林少将的指挥下，6000余人的部队向哈拉哈河西岸发起攻击，并在中午时攻占了谢尔陶拉盖高地。
苏蒙军方面怎么可能甘心阵地被夺？朱可夫立即组织150辆坦克、154辆装甲车、90门大炮和全部飞机及其它部队，准备在巴音查岗高地附近分三路对行进中的日军进行反攻。而且由于高地周围全是开阔地，所以日军几乎全部裸露在苏军坦克、火炮和装甲车的面前，这注定了日军的悲剧。
9月3日上午7时，第一批苏军轰炸机和战斗机对日军进行了轰炸和扫射，同时，苏蒙军的火炮也猛烈轰击了日军集群，这两股火力立即阻止了日军的前进。
遭到攻击的日军无法展开火力，只顾匆忙地在沙地上挖掘个人掩体。上午9时，苏军第11坦克旅的150辆坦克向龟缩在沙丘掩体的日军开火，缺少反坦克火力的日军伤亡惨重。
9月11日，关东军司令部命令停止攻势进行战线整顿，并决定向诺门罕前线增兵。他们从本土调来了独立野战重炮联队、从民国境内调来了反坦克速射炮中队，这大大加强了日军的火力，增强了日军的反坦克能力。
除此之外日军还派出了一支秘密部队——石井部队，也就是臭名昭着的731部队。
9月13日，石井细菌部队碇常重少佐带领22名敢死队员，在哈拉哈河乘2只胶皮筏顺水将22.5公斤伤寒、霍乱、鼠疫、鼻疽等细菌撒入河水中，向苏蒙军进行细菌战。
然而另日军没想到的是，苏蒙军没有因这22.5公斤的细菌受到多少伤害，反倒是日军有1340名士兵染上伤寒病、赤痢病和霍病，而播撒细菌的731部队军医和敢死队员被细菌传染而亡命的达40多人。
9月23日，日军在诺门罕前线各部队经过半个月的补充和休整后，集中名兵员，82门大炮全线发动总攻击。24日，苏军发动反攻，日军退回原地。25日，关东军司令部下达“停止进攻，构筑阵地”的指示。
10月4日，日军为实施统一指挥，在海拉尔组建第6军（辖第23师团、第8国境警备队等，司令为荻州立兵中将），兵力约2.5万人。
为早日解决诺门罕地区战事，苏军统帅部决定在塔木察格布拉格的第57特别军扩编成第1集团军，这是临时组织的具有独立作战职能多兵种合成的大兵团，朱可夫被任命为集团军司令员。
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