О самой операции в районе реки Халхин-Гол с точки зрения военного искусства известно не так уж и много. Противник, как обороняющийся, должен был распределить силы во всему фронту, а наступающие имели возможность сконцентрировать их на направлении главных ударов. Замысел советско-монгольского командования заключался в том, чтобы, сковав силы японских войск с фронта, нанести упреждающий двусторонний удар по флангам в общем направлении на Номон-Хан-Бурд-Обо, а затем окружить и уничтожить противника между рекой Халхин-Гол и государственной границей.

Для осуществления этого замысла создавались три войсковые группы. Главный удар наносила южная группа полковника М.И. Потапова, имевшая две дивизии, танковую, мотоброневую бригады и несколько танковых батальонов, а вспомогательный – северная группа во главе с полковником И.В. Шевниковым. Центральная группа должна была сковать противника с фронта. При этом следует отметить, что подготовка операции проводилась в строжайшей тайне, с широким применением оперативной маскировки и дезинформации. Большое внимание уделялось завоеванию господства в воздухе.

Наступление советско-монгольских войск началось на рассвете 20 августа. После авиационного и артиллерийского налетов была проведена согласованная атака пехоты при поддержке танков. В результате напряженных ожесточенных боев 24 августа было полностью завершено окружение 6-й японской армии и началось уничтожение оказавшихся в нем войск противника. К утру 31 августа территория Монгольской Народной Республики была полностью очищена от японских захватчиков.

Японцы потеряли в этой операции около 61 тыс. человек убитыми, ранеными и пленными. Потери советских войск составили 8 тыс. человек убитыми и умершими от ран и столько же ранеными. После этого по просьбе японской стороны 16 сентября боевые действия были прекращены. Г. К. Жукову было присвоено звание Героя Советского Союза.