兴奋劲并没有持续多久，东八很快在望远镜里发现了为数不少的苏军坦克和装甲车，还有河西岸高地上苏军火炮阵地上那一排排的炮管。他马上明白他对面的敌人不是软弱无能的蒙古边境守备队，而是正规的苏蒙联军，看样子对方对日军的进攻早有准备。
东八对自己没有将整个联队的兵力全部带来感到有些懊悔。更要命的是，他以为很快就会得胜回营，根本没有进行无线电联络的必要，因而索性将无线电通信小队留在了海拉尔的营房。现在连刚摸清的敌情也无法向担任正面进攻的山县联队通报了。实际情况是，除了他和山县要面对的3000多兵力之外，苏军第11坦克旅正从温都尔汗马不停蹄地往这里赶来。
时间已经来到了和山县大佐约定的5：30。东边的枪声准时响起，担任主攻的山县联队按时发起了正面攻击。东八中佐只好硬着头皮下达了“攻进前进”的命令。一时间战车轰鸣，战马长啸，战车上的重机枪象泼水一般向敌人的阵地倾泄着弹雨。
正在指挥部里的蒙军骑兵第6师师长沙日布少校被突如其来的袭击一下子打蒙了，他做梦也想不到战斗刚刚打响自己指挥部旁边就钻出来这么大一支突击力量。还好沙日步很快醒过神来，他立即命令警卫员护送政委和苏联顾问撤离，自己带领警卫排和师部其他人员拼死抵挡日军的进攻。寡不敌众的抵抗力量很快被日军全歼，沙日布也成为蒙军在诺门罕战役中阵亡的最高级军官。
东八踌躇满志地走进了蒙军第6骑兵师的指挥部，唾手而得的胜利连他自己都觉得有点意外。巡视完胜利战场的东八立即下达了两条命令：一是派人快马加鞭地回师团指挥部报捷，二是命令部队原地休整准备继续战斗，夺取哈拉哈河上的浮桥，切断东岸苏蒙联军与后方的联系。后来的事实证明这是东八见好就收的最后机会，——对于一向轻视苏俄的日本军人来说那是想都不用想的事儿。
还没等东八联队扩大战果，蒙第6师的装甲营赶到了。36辆装甲车一字排开，车载45毫米加农炮打得日本骑兵人仰马翻，另一个方向上又冲过来一个苏军喷火坦克连，战场瞬间攻守易势。日军12辆薄皮大馅的装甲战车眨眼间冒出白烟变成了12堆废铁。
这东八百藏能干到联队长也绝不是浪得虚名。他当即下令骑兵变步兵，所有人员就地成散兵线部署，用反坦克手雷对付苏蒙联军的坦克和战车。放弃战马的日军骑兵迅疾展开了“肉弹攻击”，这一战术乃前辈“军神”乃木希典在旅顺攻坚战中首创，端地是威猛无比、有去无回。日军士兵利用坦克的视野死角奋不顾身地将反坦克手雷塞进苏军坦克的肚皮底下，苏蒙军的战车接二连三被炸起火。面对这种不要命的贴身肉搏，苏蒙军的坦克和战车只好掉头后撤，脱离与日军“骑兵”的接触。但是他们并不走远，很快在远距离形成了对日军的包围，然后不停地用炮火骚扰日军。东八百藏现在不单无法扩大战果，连撤退都办不到了。由于正面山县联队的进攻吸引了苏蒙军的注意力，东八命令士兵迅速修筑战壕固守待援。
下午，东八终于等来了援军。一队日本步兵呐喊着冲开苏军包围来到东八跟前。原来这是一支执行其他任务因为迷路误打误撞跑到了这里的一支小部队。虽然来的只是60多个步兵，但多个蛤蟆四两气，来了总比没有好。大喜过望的东八马上命令扩大阵地，等到夜间再采取新的行动。
已经一整天没吃没喝的东八联队默默地等待着夜幕的来临。晚上当他们从地上爬起来准备发动进攻的时候，几股强烈的电光将他们死死罩住，紧接着无数炮弹铺天盖地打了过来。企图发起夜袭的日军伤亡惨重不得不重新回到散兵坑中。一夜炮声不断。随着黎明的悄悄来临，东八已经彻底丧失了逃生的机会。期间自顾不暇的山县也曾派出小股增援部队，均在路上就被苏蒙军打回去或就地消灭。
第二天上午，蒙骑6师17团团长丹达尔中尉率领骑兵在苏蒙坦克和装甲车的掩护下潮水般向东八的散兵线冲过来了，一下子就冲开数道缺口闯进敌阵。骑兵混合着战车在日军阵中左冲右突，势不可挡，日军士兵在马刀的挥舞之中纷纷倒下。见大势已去的东八百藏率领残存的士兵发起了自杀性冲锋，这最后的一击很快便在苏联喷火坦克喷出的火焰中烟消云散。东八百藏联队全军覆没，东八阵亡。
相比东八来说，正面的山县联队也不轻松。他们从5月23日清晨出发用了整整四天时间才走完200公里的路程，准时于5月27日夜晚到达了预定的攻击位置。
5月28日清晨5：30，山县联队准时发起了进攻。正像侧翼的进攻一样，猝不及防的苏蒙军很快败退，山县迅速攻破了守军的第一道防线，占领了一个名字为742的小高地。之后山县命令立即构筑战壕和掩体，建立防御体系。
后撤到哈拉哈河西岸的苏蒙军火炮在站稳脚跟之后立即向被日军占领的742高地发泄出愤怒的炮火。随后，坦克和装甲车的车载火炮也加入了攻击的行列。当对岸的火炮停止怒吼时，苏蒙军的战车已经攻到了742高地的山脚下，严阵以待的日军反坦克速射炮充分发挥了近战特长。三辆苏军坦克相继中弹起火，其它的迅速后撤脱离了战场。
很快就有一架苏军飞机飞过了742高地，飞机飞得非常低，几乎是在日军的头顶上飞过的。面对四处隐蔽躲避的日军士兵，飞机倒是并没有射击或投弹，大摇大摆地飞走了。经验老道的山县似乎意识到了什么，就在他醒过神来准备对炮兵发出迅速转移的命令时已经晚了。对岸的火炮已经开始吼叫，炮弹准确地落在日军速射炮阵地上，速射炮连同5名炮手瞬间飞上了天。原来那架飞机是来测定攻击点的。以后的战斗日军只能靠肉弹攻击对抗苏蒙军的坦克了。
5月29日上午，山县武光下达了攻击令。日军士兵端着亮闪闪的刺刀向蒙骑第6师15团的阵地冲去。苏蒙军的大炮再次发出怒吼，但顽强冲锋的日军很快穿越炮火和苏蒙军的士兵纠缠在一起，苏蒙军的火炮优势瞬间消失。双方短兵相接的近战随之展开。
帖身肉搏本来也是蒙古人的强项，但新组建的蒙古军队根本不是训练有素的日军的对手，整个防线很快接近崩溃。危急时刻苏蒙军的装甲部队及时赶来加入了战团，一时间枪炮声、喊杀声、爆炸声震天动地，激烈的拼杀使战场上死尸遍地、一片狼藉。苏军的火炮虽然无法支援正在肉搏的蒙古士兵，但可以阻止日军的增援。经过一个上午的浴血奋战，中午时分日本人的攻势终于被遏制下去。
对于742高地上的日军来说，最痛苦不是死亡和搏斗，而是没有水喝。士兵们的嗓子干到冒烟。一个干渴难忍的士兵情急之下抓起汽油当水来灌，结果中毒而死。山县也安排人员利用晚间轮流挖井，可是不管挖多深也见不到一滴水的影子。很多士兵因为长时间缺水而昏迷。
此后的几天，双方都没有大打出手。苏蒙军只是用火炮不断地轰击日军的阵地，给日军造成重大伤亡。西岸地势远比东岸要高，苏军基本上属于居高临下。加上苏军火炮的口径和攻击距离大大高于日军，使得日本只剩下挨打的份儿。不过由于同样损失惨重，苏蒙军也没有再发动大规模的地面进攻。当时苏蒙军的坦克和战车使用的是汽油发动机，车载油箱一但中弹很快就着火燃烧。这一重大缺陷被日本士兵充分利用，他们自制的简易燃烧弹几乎成了苏联坦克的克星。
前线变成了纯粹的挨打。1939年5月31日上午，小松原中将给山县发来电令，让他在天黑后撤离战场返回海拉尔。为了帮助山县撤退，日军轰炸机群对哈拉哈河两岸的苏军阵地进行了轰炸。山县还利用小松原派来增援的两个山炮中队进行压制性炮击，这才在当晚将部队依次撤出742高地。
出发时1600人的部队回来时只剩下400人。更糟糕的还是同去的伪满部队，战斗一打响，除了日本军官之外那些满、蒙族士兵很快就跑得一个不剩。看来汉奸既能背叛祖国也照样能背叛新主子。在未来发生的殊死搏斗中，他们的战斗力几乎可以忽略不计。
两支部队一支损失惨重，一支全军覆没，日军可谓初战不利。
对于之后的大规模战斗，这仅仅是大餐之前的开胃汤而已。