Однако бои были далеки от завершения. Они шли с переменным успехом до второй половины августа, когда Жуков завершил подготовку к решительной операции, которую смог подготовить в абсолютной тайне так, что до последнего мгновения японцам не удалось ни о чем догадаться.
Принимая во внимание слабость японских флангов и существование плацдармов на "японском" берегу реки, Жуков направил основной удар с флангов. Операция была назначена на воскресный день. Убаюканное радиоперехватом о том, что советские и монгольские части активно заняты оборонительными работами, командование отпустило часть офицеров на выходной день в городок Джанджин Сумэ в ста километрах от места боев.
Операцию взяли на себя советская авиация и танки, на этот раз при поддержке пехоты. 6-я армия была окружена и лишь отдельным ее подразделениям удалось вырваться из окружения. Через два дня война закончилась. Отступив за монгольско-маньчжурскую границу, Квантунские генералы, так позорно проигравшие малую войну, лишились своих постов, за исключением самого Камацубары, который сумел собрать остатки японских частей и вывести их за монгольско-маньчжурскую границу, представив дело в Токио таким образом, будто он предотвратил вторжение Красной Армии в Маньчжурию. После этого последовал ряд воинственных заявлений со стороны Квантунской армии, которая грозилась начать войну вновь и на этот раз живого места от Советов не оставить.
Новой войны не последовало, граница была вновь демаркирована точно так же, как прежде, и японцы поставили под этим свои подписи. С тех пор в японской литературе четырехмесячные бои у Халхин-Гола, унесшие, как говорилось на трибунале в Токио, более 50 000 жизней японских и маньчжурских солдат, характеризуются кратко и лживо.