Японское командование решило повторить вторжение в приграничный район Монголии. 2 июля под командованием генерал-лейтенанта Митинаро Камацубары в районе ведения боев находилось 13 тысяч штыков японо-маньчжурских войск, около 4500 человек кавалерии, 60 артиллерийских орудий калибром 75 мм и выше, 98 противотанковых орудий, 164 пулемета, 130 танков и 6 бронемашин. Были созданы ударные войсковые группы под командованием генералов Ясуоки и Кобаяси (последняя пострадала в боях у горы Баян-Цагана больше всего).
Организационно эти силы составляли: всю 23-ю пехотную дивизию в составе 64-го, 71 и 72 пехотных полков и 23-го кавалерийского полка, 7-ю пехотную дивизию в составе 26-го и части 28-го пехотных полков, 3-го и 4-го танковых полков, Хинганской кавалерийской дивизии в составе трех полков, полка баргутской конницы, двух артиллерийских полков, а также других кавалерийских, артиллерийских и инженерных частей.
Японские войска прикрывали с воздуха пять авиационных бригад, в составе которых имелись 225 истребителей и бомбардировщиков. Их пилотировали лучшие летчики императорской Квантунской армии.
Общее руководство японской группировкой осуществлял бывший военный атташе Японии в Москве в 1927 году генерал-лейтенант Камацубара. Он считался большим специалистом по неприятельской Красной Армии. В помощники ему были присланы командующие авиацией и артиллерией Квантунской армии. Камацубара был настолько уверен в успехе предстоящей наступательной операции, что в приказе специально оговорил, что его штаб будет двигаться в составе главных сил на гору Баян-Цаган.
К этому времени штабом Квантунской армии был разработан план новой пограничной операции под наименованием "Второй период номонханского инцидента". Он по своему содержанию был идентичен неудачной майской операции: создание сильной ударной группировки на правом фланге с целью окружения и уничтожения войск противника на восточном берегу реки Халхин-Гол. Однако на сей раз задача ставилась гораздо шире.
Под непосредственным командованием генерал-лейтенанта Камацубары находилась группировка японских войск численностью в 38 тысяч человек. Штаб располагался в Джинджин Сумэ. Приказ Камацубары № 105 от 15 часов ровно 30 июня 1939 года гласил:
"1. Противник, находящийся в долине реки Халхин-Гол, уже потерял боевой дух, и наступил удобный момент для его уничтожения.
2. Дивизия своими главными силами форсирует реку Халхин-Гол с целью захвата и уничтожения противника, перешедшего границу".
Комкор Г.К. Жуков имел гораздо меньшие силы. Они состояли из 3500 штыков и около одной тысячи сабель союзных совет-ско-монгольских войск, 36 артиллерийских орудий калибром 75 мм и выше, 152 пулеметов, 186 танков и 266 бронемашин. Однако с территории Забайкальского военного округа прибывали новые войска. Японцы на то время имели преимущество и в авиации.
За день до начала наступательной операции японская авиация прекратила свои полеты. Но это не ввело в заблуждение советские войска на переднем крае, а, наоборот, насторожило их. Под вечер, когда спала дневная жара, японская артиллерия открыла сильный огонь по позициям противника.
2 июля японская группировка вновь перешла в наступление. В ночь со 2-го на 3-е июля войска генерала Кобаяси форсировали реку Халхин-Гол на лодках, плотах и даже вплавь и захватили на ее западном берегу гору Баян-Цаган с окрестностями, которая находилась в 40 километрах от маньчжурской границы. Стоявший здесь заслоном один из полков монгольской 6-й кавалерийской дивизии был сбит после короткого и ожесточенного боя. Японцы сразу же начали укреплять ее фортификационными сооружениями и сосредоточивать здесь свои главные силы. Саперы строили блиндажи, а пехотинцы рыли одиночные круглые окопы. По крутым склонам на вершину горы втаскивались противотанковые и дивизионные пушки.
За день приграничная вершина превратилась в опорный пункт японцев. Горе Баян-Цаган суждено было стать ареной ожесточенных и кровопролитных боев с 3 по 5 июля, в которых советские войска продемонстрировали образец ведения активной обороны.
Японское командование рассчитывало силами вспомогательной группы войск нейтрализовать с фронта советско-монгольские войска, оборонявшиеся на восточном берегу Халхин-Гола. А силами переправившейся через реку ударной группировки, опираясь на господствовавшую над местностью гору Баян-Цаган, ударить в тыл оборонявшихся частей противника, отрезать и уничтожить их.
На восточном берегу Халхин-Гола начались жаркие бои. Первоначально успех был на стороне атакующих японцев, которые наступали силами двух пехотных и двух танковых полков (130 танков). Здесь им противостояли полторы тысячи красноармейцев и две монгольские кавалерийские дивизии (3,5 тысячи цириков - конников), одна мотобригада. Однако благодаря успешным действиям советских артиллеристов и летчиков в первый день боев у Баян-Цагана было сожжено более 30 японских танков.
Положение для оборонявшихся складывалось критическое, но на выручку поспешил заблаговременно созданный Г.К. Жуковым подвижный резерв. Не давая противнику времени на организацию дальнейших наступательных действий, Жуков со всей решительностью, не дожидаясь подхода стрелкового полка сопровождения (мотопехоты) бросил в бой прямо с марша находившуюся в резерве 11-ю танковую бригаду комбрига М.П. Яковлева, которого поддержал монгольский бронедевизион, вооруженный 45-мм пушками.
Принимая такое рискованное, волевое решение, Жуков столкнулся во мнениях с командармом Г.М. Штерном. Тот, исходя из положений боевого устава РККА, считал, что танки на укрепленные полевые позиции неприятеля без поддержки посылать нельзя и требовал дождаться подхода стрелкового полка сопровождения. Однако Жуков настоял на своем и впоследствии Штерн признал, что в той ситуации принятое решение оказалось единственно возможным.
Стремительный удар танкистов, поддержанный огнем всей имеющейся артиллерии, поставленной на прямую наводку, и ударами советской авиации, ошеломил противника. Завязались жаркие воздушные схватки. В отдельные моменты в небе над горой Баян-Цаган находилось до 300 самолетов воюющих сторон. Японцы, не успевшие после переправы через Халхин-Гол развернуться в организованные боевые порядки, не смогли противостоять дерзкой атаке танковой бригады. Вскоре танкистов поддержали подошедшие батальоны 24-го мотострелкового полка и 7-й мотоброневой бригады, имевшей в своем составе 154 бронемашины.
Маршал Советского Союза Г.К. Жуков ("великий полководец суворовской школы" - по определению писателя Михаила Шолохова) в своих "Воспоминаниях и размышлениях" писал о том бое:
"Бригада наносила удар с северо-запада; один ее танковый батальон, взаимодействуя с броневым дивизионом 8-й монгольской кавалерийской дивизии и дивизионом 185-го тяжелого артиллерийского полка, атаковал противника с юга.
Развернувшаяся танковая бригада в количестве 150 танков, при поддержке 40 самолетов, стремительно ринулась на врага. В головных порядках главных сил бригады двинулся батальон под командованием командира батальона, замечательного воина майора Михайлова, а впереди батальона уже врезался в боевые порядки японцев взвод лейтенанта Кудряшова, исключительно отважного танкиста.
Японцы были ошеломлены стремительным ударом танковой бригады, притихли в своих противотанковых лунках и только через 10 минут открыли артиллерийский огонь по нашим танкам. От огня противника загорелось несколько танков, и это, видимо, как-то подбодрило японцев. Они значительно усилили артиллерийский и пулеметный огонь. На поле боя уже горело до 15 наших танков. Но никакая сила и огонь врага не могли остановить боевого порыва наших славных танкистов.
Было около 12 часов. По нашим подсчетам, с минуты на минуту должен подойти и вступить в бой 24-й мотострелковый полк. Он был крайне необходим для взаимодействия с танковой бригадой, которая без пехоты несла значительные потери. Но, как это иногда случается на войне, 24-й мотополк вышел по ошибке не к озеру Хуху-Усу-Нур, а к "развалинам".
Развернувшись в боевой порядок, в 13 часов 30 минут южнее озера Хуху-Усу-Нур 24-й полк перешел в наступление, нанося удар с запада на восток. Несколько позже вступила в бой 7-я мотоброневая бригада полковника Лесового.
Японцы отбивались от наших атак отчаянно. Но грозная лавина танков, бронемашин и пехоты все дальше и дальше продвигалась вперед, ломая и громя все, что попадало под гусеницы танков, огонь артиллерии, под удар пехоты.
Японцы бросили всю свою авиацию против атакующих наших войск, но ее встретила и атаковала наша авиация. Бой с неослабевающей силой продолжался всю ночь.
Утром, подбросив за ночь свежие силы, японцы попытались перейти в наступление, но эта их попытка была немедленно подавлена".
Японский солдат Накамура так описал в своем походном дневнике бой 3 июня у подножия горы Баян-Цаган:
