Крупномасштабное сражение у Номонгана в июле и августе можно разделить на две фазы. Во время первой фазы (в течение июля) Японская Императорская Армия предприняла два крупных наступления, но не смогла выбить с позиций превосходящие силы советских войск. Потери в людях и технике в результате этих неудачных наступлений заставили японскую армию в конце июля перейти к обороне до конца кампании.
Руководствуясь рекомендациями офицеров штаба Квантунской Армии майора Цудзи Масанобу и подполковника Хаттори Такусиро, генерал–лейтенант Комацубара решил предпринять атаку с целью охвата фланга советских войск[51]. Его главные силы (72‑й и 73‑й пехотные полки 23‑й дивизии, 13‑й артиллерийский полк, 23‑й инженерный полк, 26‑й пехотный полк 7‑й дивизии в резерве) должны были разгромить советские войска в районе высоты 721, после чего перейти реку Халха и вести наступление в направлении моста Кавамата, уничтожая советские артиллерийские батареи и склады на западном берегу. Одновременно тактическая группа Ясуоки (64‑й пехотный полк, 2‑й батальон 28‑го пехотного полка, 3‑й и 4‑й бронетанковые полки, 1‑й отдельный полк полевой артиллерии, 24‑й отдельный инженерный полк) атакует советские войска на восточном берегу Халхи, к северу от реки Хольстен. Соединившись, две японских тактических группы возьмут в клещи советские войска и уничтожат их. План отличался от предыдущего плана полковника Ямагаты в двух отношениях. Во–первых, японцы считали, что их движение во фланг заставит советские войска отойти с восточного берега Халхи. Во–вторых, японский маневр предусматривал нарушение международно признанной границы, которую сами японцы считали границей между Маньчжоу — Го и Монголией.
Северная японская тактическая группа захватила высоту 721 2 июля в соответствии с планом, и той же ночью переправилась через Халху. Японские войска добились успеха, заняв высоту Баин — Цаган, и продвинулись на юг вдоль гряды холмов почти на 6 км. Однако дальше к югу наступающие японцы попали под сильный огонь превосходящей советской артиллерии, который велся с высоты Дунгар — Обо. Потом советские войска нанесли мощные контрудары с трех направлений, задействовав в бою более 450 танков и бронеавтомобилей, вследствие чего японское наступление было остановлено. Тяжелые бои на западном берегу привели к большим потерям японцев в технике и личном составе и значительному расходу боеприпасов, резервы которых быстро истощались. Единственный понтонный мост, наведенный японцами через Халху, не справлялся с усилиями по подвозу снабжения, в котором нуждались подразделения японской армии, чтобы продолжать бой с полным напряжением сил
