辻政信判断出了苏军要全面进攻，虽然他估计的时间比朱可夫的实际行动时间要晚了四天。从战死的苏联军官身上得到的地图告诉辻政信，苏联人在他面前布开了三个师，但是他依然不相信苏联人有那么多汽车运送物资，他还是没把苏蒙联军迫在眉睫的进攻当回事。

而朱可夫显然没有低估敌人，也没有高估自己，在解决了军需供应和兵员不足两大问题后，朱可夫预定总攻时间不迟于8月20号，他的计划是，打击敌人的侧翼，包围敌人防御的南北两端，在敌援军到来之前迅速将其歼灭。

为了强调攻击的突然性，朱可夫考虑了各种细节。他下令部队的一切运动、集中、变更部署只在夜间进行；还印制了几千张传单和一批《苏联红军战士防御须知》发给士兵，使日军看到，一向重视思想教育的苏联红军，现在已经把防御作为教育重点，进而认为，苏军没有任何进攻性质的准备措施。

同时，为了执行包围计划，朱可夫利用八月中旬以来诺门罕地区的大雾天气，悄悄地把35个步兵营、20个骑兵营及498辆最新型的坦克推到了前线，部署在预定位置。

8月19号深夜，朱可夫在指挥所里来回踱着步，他那一直紧锁的眉头舒展了些。他询问参谋长，给指挥部配备的12名联络官到位了没有。在得到肯定的回答后，他坐了下来，闭上眼睛，想让头脑镇静下来，以便进入最佳状态，因为最后的决战马上就要开始了。

1939年8月20号，这天是星期天。日军指挥部认为苏蒙军队不会打算进攻，而且也未做进攻准备，因而还批准了将官和校官的星期休假。但朱可夫就选中了这一天全面反攻。

战前朱可夫建立了三个集群，南部集群、北部集群和中央集群，计划用主要为步兵的中央集群牵制正面日军，南、北装甲机械化集群则从两翼包抄围歼。

5点45分，苏军火炮开始向轰炸目标施放烟幕弹。然后，苏军航空队一百五十架SB轰炸机和近一百架歼击机飞临哈拉哈河地区。接下来就是疾风暴雨似的猛烈攻击，三十分钟以后日军的高射炮全部毁灭。

（诺门罕居民王玉宝）：早晨很早的时候，天一亮，海拉尔河那边开始苏联的那个坦克部队进攻。完了，由于，他们有一个班，一个班呢啥也没拿上，就剩了两个人。

6点15分左右轰炸机回去了，地面炮火又来了，这次的炮击持续了两个半小时才停止。

一个名叫福田的士兵在日记中这样写道：1939年8月20日7时45分。可怕！士兵们怨声载道，炮弹隆隆爆炸，简直像在地狱一般。形势十分困难，情况很糟，我们被围了。如果黑夜即将到来，全体人员应呆在交通壕里，排成一排……士兵的心灵是悲哀的……

日军再次抬头时，看见的是像蝗虫一样扑来的苏军坦克。高音喇叭里放着《国际歌》，苏蒙联军步兵高喊着"乌拉"，冲了上来。天上到处是红气球，这是苏联人总攻的标志。