8月20日凌晨5点45分，朱可夫下达的攻击命令传到了一线官兵，日军全然不知，达成了突然性……朱可夫对此役取胜已经完全有把握了……在整个诺门罕战役中，日军损失52到55万人，苏军损失18万人。第二十三师团伤亡达98%，第七师团伤亡73%，远远超过日军规定的退出休整的50%的指标……
8月20日凌晨5点45分，朱可夫下达的攻击命令传到了一线官兵，日军全然不知，达到了突然性。
凌晨5时45分，苏蒙军首先对日军的高炮阵地进行了猛烈的炮轰，弹痕划破夜空，炮弹在空中的“瞿瞿”飞行声和落地后的“冬冬”弹爆声震撼大地，奏响了反攻的序曲。日军一线的高炮本来就较少，在早已经过精确计算的大量炮兵火力下，很快就被摧毁殆尽。
炮击刚结束，苏军150架轰炸机和100架歼击机形成遮天蔽日的阵势，自西向东似把诺门罕的天空撕碎，很快飞抵日军前沿阵地，进行猛烈地轰炸和扫射。
大约半个小时后，轰炸扫射结束了，侥幸活下来的日军胆颤心惊地从战壕里爬出来，还没来得及擦掉身上的血污、拍打掉浑身上下的泥土，苏军各种火炮开始了第二轮轰击。
半个小时后第二轮炮轰刚结束，苏军空军的第二轮空袭又开始了。
空地打击轮番进行，日军一线阵地失去了防御能力。
8点45分，苏军阵地上升起了一发发信号弹，苏蒙军步兵的攻击开始了。
朱可夫早已从情报中得知，日军根据荻州立兵的指令将原来的横线防御改为竖线防御，即以北面的谢尔陶拉盖高地、中间的巴尔其嘎尔高地、南面的诺罗高地为主阵地，形成3个防御重点。
按朱可夫的判断和意图，日军中央防地必有重兵，此路进攻主要是以步兵拖住日军，未使用坦克和装甲车，重兵重火器用于包抄较为薄弱的两翼，待从两翼包抄的机械化部队到位后再行消灭日军。
担任中路攻击的苏军步兵三十六师、步兵八十二师所属六○二团、六○三团、第五步枪机枪旅进攻队列井然，显得不急不慢，与飞机、大炮猛攻形成鲜明对比。日军第二十三师团六十四联队、七十二联队在此死守，师团司令部也设置于此。巴尔其嘎尔高地两军交火了不短时间，日军仍占领着几个重要据点。
南北两翼苏军的攻势格外猛烈，轰炸持续不断。但日军拼死防守，没有退缩的现象。
朱可夫深知，作为指挥员在这样的时刻一丝一毫的犹豫都会动摇整个作战计划的执行，都会影响作战的全局。
他开始动用摩托装甲第九旅投入战斗。
朱可夫命令一个师向日军的一主要阵地发起攻击。这个师伤亡很大。师长要求下达新的命令。
朱可夫对着话筒大声问道：“什么是重新下达命令？”
对方对着话筒嗫嚅着。
“你不说我说，”朱可夫的声音更大了，“我重新下达命令，我命令赶快向敌人发起进攻！”
过了不到10分钟，朱可夫又在电话里追问：“全师前进多少了？”
“我……我没法使部队前进。”
“你没法使部队前进？那我现在宣布解除你的职务！让师参谋长接电话！”
师参谋长接过电话，听到了朱可夫宏亮的声音：“我现在任命你为师长，你赶快组织部队发起攻击！”
又过了10分钟，这名新任命的师长仍未能发动新的进攻。
朱可夫又通过电话解除了这名新师长的职务，同时从第一集团军参谋部派去了新师长。
第三名师长很快到了位，根据战况要求炮兵和空军支援，朱可夫都及时地满足了他的要求。
终于，这个师按朱可夫的要求，夺占了敌人的阵地。
对其他各个点的战斗，朱可夫也都近乎苛刻地要求部属，从而以各个局部的胜利保证了全局的胜利。
吃尽了苏军轰炸之苦的小松原道太郎，狂躁地报告关东军司令部，要求第二飞行集团立即出动，拦阻、轰炸苏军。
苏军战机是日军的两倍，性能大大占优。苏军总攻开始后，对甘珠尔庙、阿木古郎、将军庙、阿尔山等地轰炸了256架次，投弹超过86吨，沉重地打击了日军空军，日军第二飞行集团的几次攻击都被苏军包围阻击。
第一○○飞行团团长德米特利上校接受了日军空军偷袭榙木察格布拉格的教训，严格管里部队，针对问题开展训练，一点一滴提高官兵作战技术水平。战斗中，他身先士卒，驾机参战，带领全团出色地完成了任务。
第二十二驱逐机团长诺沃谢洛夫中校被免去团长职务后，以一名飞行员的身分参战。他先后击落两架日机，弥补了自己的过失。
苏联空军既凭优秀的装备，也凭高超的技战术和勇敢精神与日军作战。
在追击日军机群的时候，指挥员扎巴卢耶夫的飞机掉队了。歼击机飞行员格里采韦茨向逃窜的敌机打了几个点射以后，敌机逃窜了。他便驾机来回寻找扎巴卢耶夫的飞机，发现坠落在日军阵地附近的草原上。格里采韦茨超低空飞行，看见扎巴卢耶夫躺在飞机旁边。很明显，是飞机出事了。格里采韦茨将自己的飞机降落在满是弹坑的场地上，滑行到扎巴卢耶夫的身旁，跳下飞机把扎巴卢耶夫抱进单坐坐舱里。格里采韦茨把带着双倍负载的飞机迎风飞上天空，并顺利地飞回机场。日军官兵看着这一切，怔住了，半天回不过神来。
飞行员斯科巴里欣上尉在激战中发现3架敌机围攻战友武萨上尉的飞机。斯科巴里欣不成一切向敌机冲了上去，先敌开火击中一架。另两架日机向他扑来，他临危不惧，巧妙地避开敌机，从后面向日机冲去。这两架飞机的飞行员被斯科巴里欣吓住了，驾机向自己的机场方向逃窜。斯科巴里欣和武萨都顺利地驾机飞回机场。着陆后，地勤人员看到他飞机的机翼上竟有日军歼击机掉落的碎片。
在空战中，拉霍夫上尉遇见了日军老牌飞行员竹尾。竹尾飞行近两千个小时，多次参战，自恃经验丰富，不把苏军放在眼里。他驾驶飞机一会儿向上，一会儿向下，一会儿朝左，一会儿又朝右，想甩开拉霍夫，再寻机开火。拉霍夫紧追不舍，死死跟在竹尾飞机之后。竹尾的飞机突然一个空翻，没想到拉霍夫也是一个空翻，硬是不让竹尾脱逃。竹尾慌了手脚，拉霍夫乘机一个点射，日机起火了。竹尾急忙跳伞，降落在蒙古领土上，被俘虏了。
竹尾从惊慌中恢复过来后，再三要求见一见击毁他飞机的那位苏军飞行员。拉霍夫受命与竹尾见面，没想到刚要走近他时，这个日本人向他深深地鞠躬。
从8月22日午后，第二飞行集团想避开苏军飞机，转而支援地面部队作战，可是，只要日军飞机一升空，苏军飞机就起飞迎战，牢牢掌握着制空权。损失惨重的第二飞行集团的飞机不敢轻易起飞了。
日军的一线阵地像被翻犁过一遍遍，一线火炮则像秋后庄稼被刈倒、碾打。不少阵地上的日军死伤过半，上下左右间的通讯联络也中断了。
不要说关东军，就是整个日军也没有经历过这样猛烈的空袭、炮击。日军无法还击，甚至连还击的命令也下达不了。
好在将军庙的通讯设施还完好，小松原道太郎不顾什么面子了，给新京植田谦吉、海拉尔荻州立兵不断告急。正在海拉尔过星期天的荻州立兵刚听到这悄息时还以为是误报，待他反应过来，一面让小松原道太郎组织反击，一面坐上吉普直奔第六军将军庙指挥所。
日军失去了制空权，地面缺乏坦克、装甲车的优势，但是其反抗十分顽强。从植田谦吉到荻州立兵，从小松原道太郎到小林恒一都命令部属“不许后退一步！”
二十三师团第七十二联队长酒井美喜郎大佐守卫巴尔其嘎尔的733高地上。七十二联队在飞机的空袭、火炮的轰击下伤亡惨重。酒井美喜郎身先士卒，一会儿叮嘱军官，一会儿鼓励士兵，凭借坚固的工事顶住苏军一次次进攻，勉强守住阵地。
9时多，苏军的近40架轰炸机又一次袭击配属防守的日军重炮第一联队，一枚枚炸弹投下，几门重炮被炸得东倒西歪，一批批官兵和火炮一起被炸得飞上了天。
日军巴尔其嘎尔高地岌岌可危。
此时酒井美喜郎突然接到命令，让他率部队撤出巴尔其嘎尔高地，交由山县武光率领的二十三师团步兵六十四联队。两个联队伤亡都很惨重，现在交由一个联队防守，怎么守得住？为什么会这样？这是中央阵地，一旦失守将像大坝溃堤，不可挽回呀！
但是命令如山。酒井美喜郎只好把阵地交给六十四联队的赤井大队。酒井美喜郎有些伤感地对满脸血污的赤井说：“我马上就出发了，没时间向山县君告辞，请您转告他，希望胜利后再相见。”
“一定！一定！”赤井用衣袖揩擦着脸上的血污回答。
酒井美喜郎清点了一下剩余的人员，按命令向南面进发，一路上不断受到苏军飞机的轰炸、大炮的拦阻。到达预定的南部战场时，本已伤亡很大的部队已经伤亡近半了。
原来，苏军反攻开始后，远在新京的植田谦吉得到各路部队的报告，感到苏军攻势如此猛烈，非日军所能抵挡，这样打下去必输无疑。植田谦吉先是想从满洲各地调部队前来支援，后来一想，日军机械化程度很低，近的部队开赴诺门罕要一周时间，远的要半个月以上，第六军很难坚持到那个时候了。植田谦吉提出了一个新的作战计划，在太阳落山前抽调部分兵力，组织“攻势反击”，准备从苏蒙军南方兵团的背后切断其退路，然后来一个大围歼，借以形成包围中的反包围。
“攻势反击”是日军的传统战法，是日军作战的传统思维定势所致。这种战法是建立在武士道精神之上的，认为只要不怕死就能解决一切问题，只要进攻就能取得胜利。而他们认为自己是世界上最勇敢、最善于进攻的军队。
关东军植田谦吉、第六军荻州立兵、二十三师团小松原道太郎三级指挥官相距上百公里，更主要的仗已经打得不可开交，根本无法商量。此方案就这样定下来了。
从北路、南路抽调的部队也先后抵达了预定的位置，总计14个步兵大队15万人。
荻州立兵下达命令，这次攻势反击由小松原道太郎指挥，并指派第六军参谋长藤本少将前来督战。
部队多有不同意见：日军在苏军几个波次的猛烈打击下已经伤亡惨重，没吃没喝，疲惫不堪，面对上有飞机、下有坦克装甲车、大炮的苏军进行攻击，无异于以卵击石，加快灭亡；相反，如果凭借现有的工事，其中还有部分钢筋水泥工事，或许还能坚持一段时间。
第七十一联队的继任联队长长野直接给到前线督战的第二十三师团参谋长冈本德三打电话说：“七十一联队只剩1800人了，再调两个大队攻势反击，这阵地肯定守不住了，攻势反击的部队也会被歼灭！”
没想到冈本德三勃然大怒：“这是为了皇军的荣誉，即使全体玉碎也要进攻！”冈本新官上任，对上唯唯诺诺，对下架子端得老大。
第七师团步兵旅团长森田范少将也觉得这样拼下去不会有好结果，也电话请示能否放弃进攻，回答是“该进攻时就要进攻！”
为了便于指挥，8月23日晚，小松原将师团指挥部从诺门罕推进到了752高地附近，这里离攻击点仅七八公里。
小松原决定兵分两路，右翼由第七师团步兵旅团长森田范正少将指挥，左翼由二十三师团步兵旅团长小林恒一指挥。
在茫茫原野上调集上万人的兵力，不仅被苏军侦察机侦察得一清二楚，而且苏军南线的前哨部队也看到了日军大部队的调动。
苏军南线部队要求出击。
朱可夫对着地图思考起来：上万日军聚集到南线，不是为了防御，而是为了进攻，想在局部对苏军形成反包围；而聚集到南线的日军并非同时赶到，先到的部队经过近一天的时间已经构筑起简易工事，等待后续部队到达后再向苏军发起攻击。
朱可夫命令部队不要主动进攻，待日军离开工事开始进攻后再集中火力狠狠打击。
果真如朱可夫判断，8月24日凌晨3时，日军调集的14个步兵大队从工事中出来，喊着“万岁”冲向旷野，向着苏军阵地发起进攻。1万多人，一个动作、一种声音很是瘆人。
苏军早已做好准备，大炮、小炮从不同距离轰击日军的冲击队形。这是一片无遮无挡的荒漠，日军成片成片地倒下，没死的只能紧趴在地上，一动也不敢动。
天亮了，小松原道太郎命令日军再次冲锋。
这一次，迎接日军的不是火炮，而是坦克和装甲车。上百辆坦克和装甲车从沙丘后开出，像一阵风一样刮去，坦克射出的炮弹、装甲车射出的重机枪弹像瓢泼大雨席巻日军。
怎么回事？这不像进攻苏军，而像中了苏军的埋伏。小松原道太郎又气又急，退却，苏军必定一阵追杀，局面将不可收拾……他决定孤柱一掷，加强进攻改变被动局面。
小松原道太郎大声吼叫着发布命令。小林恒一和森田范正分别指挥左右两翼的日军对苏军坦克、装甲车进行“肉弹攻击”。
谁知这一招毫无用处了。
根据朱可夫的命令，苏军坦克已在决战前将汽油发动机改装成柴油发动机，并在车辆上缠满铁刺网。日军的“肉弹”接近不了苏军的坦克，即使接近了靠几个汽油瓶也点燃不了使用柴油的坦克。
小松原道太郎一看这阵势，再次急呼日军第二飞行集团。
第二飞行集团10多架97式轰炸机很快飞来了。不过这些飞机几天里吃够了苏军空军的苦头，很快将炸弹投掷下来后转身就往回飞。谁知两军扭打在一起，这批炸弹都扔到了二十三师团汽车队聚集处，10多辆汽车和车内的驾驶人员全部报销了。
气急败坏的小松原道太郎正要发报质问嵯峨彻二，大队的苏军坦克和装甲车向着二十三师团司令部攻击过来了，又是坦克炮，又是轻重机枪，打得警卫大队官兵头也抬不起来。
几个护兵将小松原道太郎拖进掩体里，才躲过这一难。
前面部队攻势反击进展如何？情况怎样了？小松原道太郎让发报联系，还派人到前面了解，均一无所获。
左翼酒井美喜郎带领七十二联队8月23日夜利用大雾的机会推进到莫胡来恩湖苏军阵地前沿，苏军似乎毫无觉察。酒井美喜郎暗自高兴，觉得小松原道太郎的这一步棋算走对了。他叮嘱部属一面准备弹药，一面休息。
天刚蒙蒙亮，酒井美喜郎下达了攻击命令。
谁知日军冲击没多远，苏军一起开火。中间轻重机枪，两侧是二十来辆坦克，打得日军抬不起头来。
不到半小时，苏军的炮兵也开炮了。大多是大口径火炮，炮弹密集，日军的队形一下子被打乱，副联队长，大队长纷纷被炸死。
酒井美喜郎愣住了：苏军早已有准备，这样打下去毫无胜利的可能。
怎么办？是进是退？进，必定带来更大的伤亡，甚至全联队覆没，退，没有上司的命令是不能行动的。酒井想到随队的小林恒一旅团长。
酒井美喜郎刚回头，没想到浑身上下沾满尘土的小林恒一向他爬过来了。
“旅团长……”酒井美喜郎刚开口，一发炮弹落下，他便不知人事了。
酒井美喜郎联队在二十三师团乃至关东军都是公认的精锐，是小松原道太郎最为依重的部队之一。前线左翼部队派了一名中尉向二十三师团报告，说部队前进了不到两公里。
“部队伤亡情况如何？”小松原道太郎问。
