对于苏蒙军队在诺门坎地区的行动，日军很快做出了反应。引发冲突的“元凶”——日本关东军飞行侦察第10战队，会同第24战队展开了频繁的航空侦察，将苏蒙军队的部署规模和军事动向摸得一清二楚，日军第23师团和第7师团藉此调整作战部署，将主力部队集结至诺门坎东部和南部，关东军司令部向********和海拉尔增派了航空第7、第9战队，而且调来数千人的伪满部队。
日军突击队渡河袭击外蒙边防部队过后的第11天，完成集结部署的苏蒙军队以惩戒之名对日军发动反击，400多架苏军战机首先对日军在海拉尔等地的航空基地和交通枢纽展开空袭，摧毁日军战机三十余架，破坏了海拉尔及周边的铁路设施。同一天，苏蒙军队向哈拉哈东岸的日满军队阵地展开猛烈炮击。
持续好几个小时的炮击结束后，置身堑壕的日军士兵们先是听到沉闷的发动机轰鸣声，紧接着，视线中出现了一大片黑色潮水，潮水迅速蔓延而至，当他们现那是一片由战车、装甲车、摩托车以及卡车组成的钢铁洪流时，一个个目瞪口呆。
苏俄军队的数百辆战车和装甲车如同一柄锋利的镰刀，急速向日军阵地扫来。当日军急急忙忙将大炮调转方向进行阻拦射击的时候，苏俄军队的装甲集群已经一头扎进日军延绵十数公里的防御阵，然后化身成为一把巨大的电锯，在日军阵地上咆哮着、撕扯着。
日军士兵惊恐地看着这些涂着红色五星的钢铁巨兽横冲直撞，自己却无法用子弹、刺刀和机枪对它们造成伤害。为给己方部队减轻正面压力，第23师团所属的两个骑兵中队勇敢地迂回侧翼，但仅仅一刻钟之后，他们就见识到了苏式钢铁洪流的威力，张牙舞爪的骑兵一片片坠落马下，有的受伤哀嚎，有的连声音都没来得及发出就变成了尸体。
钢铁怪兽们还在阵地上肆虐，猛烈的机枪子弹又随着大批苏军摩托车而出现，后面卡车上的苏俄士兵将更加准确的枪弹倾泻到了日军阵地上。抵近日军阵地后，苏俄军队的卡车纷纷停了下来，士兵们或是跳下卡车建立一个个临时阵地，或是在卡车上用步枪和机枪向附近的日军射击，摩托车则不停在周围打转，疯狂猎杀着敢于冒头的日本人。
在遭到着突如其来的打击之后，日军士兵们顿时变得茫然不知所措，那些外形丑陋的铁疙瘩俨然成为他们心中最恐惧的东西，上面一根根炮管不断喷车橘红的火焰，炮弹几乎不在空中作任何停留便一头撞进人群之中，铁质的履带发出铿锵刺耳的声音将战车快速推向前方，炽烈的火舌更是一遍遍鞭笞着他们的阵地……