Однако «наглая провокация японской военщины у озера» не могла остаться безнаказанной; возмущённый советский народ организованно повалил на митинги и единодушно потребовал от правительства «дать решительный отпор поджигателям войны, очистить советскую землю от японо-маньчжурской сволочи». Предложения Токио были с негодованием отвёрнуты, ТАСС распространило ответ народного комиссара иностранных дел М. М. Литвинова:

«Советские народы не станут мириться с пребыванием иностранных войск хотя бы на клочке советской земли и не будут останавливаться ни перед какими жертвами, чтобы освободить её». Вполне закономерно, что, как только дошло до серьёзных дел, пропагандистский лозунг «малой кровью» мгновенно сменили на железный большевистский принцип: «Победа любой ценой».

В течение трёх суток в район боевых действий подтягивались части 39-го стрелкового корпуса комбрига В. Н. Сергеева, в состав которого вошли 32, 39, 40-я стрелковые дивизии, 2-я механизированная бригада (114 танков БТ), 121-й кавалерийский полк и части усиления. В корпусе насчитывалось 32 тысячи человек, 609 орудий и 345 танков. Действия наземных войск поддерживали 250 самолётов. Директива наркома обороны предписывала командованию корпуса перейти к решительным действиям и восстановить государственную границу. К месту событий прибыли начальник штаба фронта комкор Г. М. Штерн с группой командиров и начальник Главного политуправления армейский комиссар 1 ранга Л. З. Мехлис с группой политработников и военюристов.

4 августа К. Е. Ворошилов приказал, сохраняя тайну, привести в полную боевую готовность войска Дальневосточного фронта и Забайкальского военного округа, военно-воздушные силы и укреплённые районы с тем, чтобы в любой момент по особому указанию «нанести мощный удар зарывающимся наглым японским агрессорам». Аналогичные задачи получили командующие Тихоокеанским флотом и Амурской военной флотилией.

5 августа Г. М. Штерн издал боевой приказ 39-му стрелковому корпусу: перейти в общее наступление и одновременными ударами с севера и юга зажать и уничтожить «врагов, посмевших вторгнуться на нашу священную землю» в полосе между рекой Тумень-Ула и озером Хасан. Диспозиция следующая: 32-я Саратовская стрелковая дивизия полковника Н. Э. Берзарина с танковым батальоном майора М. В. Алимова и 3-м танковым батальоном 2-й механизированной бригады должны были нанести главный удар с севера и овладеть сопкой Безымянная, а в дальнейшем сбросить врага с сопки Заозёрная. 40-я стрелковая дивизия со 2-м танковым батальоном, разведбатом 2-й мехбригады и 40-м танковым батальоном наносит вспомогательный удар с юго-востока в направлении сопки Пулемётная Горка, а затем на Заозёрную. 39-я стрелковая дивизия со 120-м кавалерийским полком, мотострелковым батальоном и 1-м танковым батальоном 2-й мехбригады выдвигалась для обеспечения правого фланга корпуса. В резерве комкор оставил 63 «бэтушки». Всего в районе боевых действий удалось сосредоточить 285 боевых машин типа БТ-5, БТ-7, Т-26, ХТ-26.

Командиры стрелковых дивизий приняли решение использовать приданные им танковые батальоны в качестве дивизионных групп непосредственной поддержки пехоты, поставив им задачу поддержать атаку полков первого эшелона, действовавших на направлениях главных ударов.

В операции предусматривались артподготовка тремя полками корпусной артиллерии, а также поддержка и прикрытие наземных войск авиацией. Пехоте и танкам и на этот раз запрещалось переходить государственную границу. Таким образом, «оригинальный и смелый план» Штерна в точности повторялся, только значительно более крупными силами.

Начало операции было назначено на 14 часов 6 августа. План предстоящего сражения утвердил лично нарком, разрешивший для пользы дела вторгаться на сопредельную территорию и бомбардировать японские артиллерийские позиции на правом берегу реки Тумень-Ула. На карте прекрасно видно, что заходящие фланги 39-го стрелкового корпуса – 95-й и 119-й стрелковые полки – были нацелены на высоту Чёрная, высоту Орёл и корейское селение Хомоку.

Танковые части в это время готовились к бою. Ночь они использовали для перехода на исходные позиции, разведки местности, малопригодной для использования танков, и прокладывания гатей через болота. Никакой информацией о силах, огневой системе, особенностях обороны противника танковые командиры, впрочем, как и все остальные, не обладали, конкретные боевые задачи им поставили лишь под утро. Организовать радиосвязь с пехотой не удалось, так как стрелковые полки не имели радиостанций.

Из-за густого тумана, мешавшего действиям авиации, наступление задержалось на три часа. Ввиду того что сосредоточение войск происходило на виду у неприятеля, ни о какой внезапности не могло быть речи.

В 16 часов тяжёлые бомбардировщики ТБ-3 под прикрытием истребителей нанесли удар по японским позициям. Более 250 орудий приступили к артиллерийской подготовке. Под её прикрытием пехота и танки заняли исходное положение и в 17 часов пошли в атаку. Выдвижение к переднему краю 3-го танкового батальона 2-й мехбригады, поддерживавшего стрелковые полки 32-й дивизии, производилось тремя колоннами, по числу переправ, наведённых сапёрами через ручей юго-западнее Новосёлки. Из-за болотистого грунта в пойме ручья танки двигались со скоростью не более 3 км/ч, подвергаясь сильному обстрелу со стороны противника.

Эффективность артиллерийской и авиационной подготовки оказалась низкой. Красноармейцы с трудом преодолевали заболоченную местность под плотным огнём неприятеля. Из 43 танков 3-го батальона переднего края обороны противника достигли только десять. Остальные застряли на переправах или были подбиты огнём противотанковых пушек. Ничуть не лучше были успехи у 32-го отдельного танкового батальона:

«В танке стояла неимоверная жара, нечем было дышать, – вспоминает генерал-полковник Д. А. Драгунский, командовавший 3-й танковой ротой, – снарядные гильзы обжигали руки. Через прицел я видел только ярко-голубое небо. И вдруг что-то рвануло в машине. Мелкие осколки иголками впились в щёки и нос. Дым и грязь пеленой застлали глаза. Танк развернулся влево, стал окатываться вниз. Я схватил водителя за плечо, закричал: «Остановись!» Напрасно! Неуправляемая машина помчалась вниз и, зарывшись по башню в болото, застыла в мёртвой судороге… В танк попало два японских снаряда – первым водителю оторвало ногу, вторым пробило голову. Вышла из строя коробка перемены передач. В правом борту нашего Т-26 зияли две круглые рваные пробоины».

Незнание обстановки, неумение в ней ориентироваться, отсутствие связи, артиллерийского сопровождения, слабая подготовка личного состава, нетренированного вождению «в трудных условиях с закрытыми люками» и пользованию оптическими приборами, превратили атаку в хаотичное движение массы танков, которая в бою никем не управлялась. Потеряв большую часть машин, танкисты не смогли обеспечить продвижения стрелковых подразделений. Попытка овладеть высотой Безымянная провалилась. С наступлением темноты танковые батальоны были отведены, пехота зацепилась за южный склон. Подразделения 95-го стрелкового полка к 21 часу дошли до проволочных заграждений высоты Чёрной, но сильным огнём были отбиты.

На левом фланге корпуса действовала танковая рота разведывательного батальона 2-й мехбригады, атаковавшая противника девятнадцатью танками БТ-5 и БТ-7. Рота на большой скорости достигла заболоченной лощины между высотами Пулемётная Горка и Заозёрная, где и завязла. Лишь двум машинам удалось преодолеть болото и прорваться к Заозёрной.