戰鬥是在凌晨3點半準時打響的，駐守烏蘭巴托北部陣地的是遠東方面軍步兵第8師，這個師是蘇聯僅有的幾個山地師，戰鬥力在蘇聯所有的部隊之中都算不錯，雖然不能說最強，但是也能排到前五十，因此調這個師守北部陣地，朱可夫還是很放心的。
駐守西部陣地的是蘇聯機械化步兵第127師、129師，相對於駐守北部的第八師，這兩個師就垃圾多了，兩個師的兵力加起來才一萬八千餘人，武器裝備也很差勁，更重要的是這兩個師在去年的諾門坎戰役中曾被日軍第23師團重創過，到現在還沒有恢復戰鬥力。前段時間蘇聯國防委員會甚至於還準備將這兩個師連同遠東軍區轄下的其它4個不滿員的步兵師裁撤掉，要不是中蘇戰爭突然爆發，這兩個師很可能已經從蘇聯紅軍的戰鬥序列中被清除了，從這一點上看，這兩個師還的感謝陳鋒所部，感謝這場戰爭爲他們保留了番號。
凌晨三點半正是人們睡意濃郁之時，由於連日間的戰鬥都是在東部、南部陣地打響的，西北兩個方面由於地形易守難攻，所以一直都沒有受到攻擊，因此這兩個方向的守軍防禦很鬆懈。
而且蘇軍防禦的重點是前方陣地，因爲陳鋒所部即便是向西北兩個方向進攻，也只能從相對平緩的坡地進攻，至於後面的懸崖，蘇軍根本就沒有在意。在佈置防禦陣地的時候，蘇軍師指揮部就專門派人看過後面懸崖的地形，得出的結論是哪裡根本不具備攀登的條件，想從哪裡進攻根本就是異想天開。
然而，就是蘇軍認爲不可能進攻的地方。此時卻鬼影重重，幾百名全副武裝的中國士兵悄悄抵達西北兩個方向的懸崖。
在一名貌似軍官的指揮下，幾名士兵越衆而出，然後迅速組裝出幾副弓弩，弓弩上放着連着繩索的鉤箭。很快幾根直通山頂的繩索便固定了下來。接着幾道矯健的身影迅速來到繩索下，開始向上攀爬了起來。
半個小時後，北部陣地500多名特戰隊員以及西面陣地300名特戰隊員全部就位，負責指揮作戰的周鐵蛋立即命令各特戰小組按照原計劃行事。
只見數百名特戰隊員迅速分成若干個小組，分赴各個方向，而周鐵蛋則是帶着一個特戰小隊向着蘇軍第八師的師部摸去。蘇軍的防備極爲鬆懈。除了彈藥庫有士兵徹夜把守之外，其他地方都是一片漆黑，根本就看不到人影，最令周鐵蛋感到不可思議的是，蘇軍竟然沒有佈置暗哨。一路上他們只遇到兩支10人的巡邏隊，但是都被他們輕易地幹掉了。
很快。周鐵蛋等人就摸到了蘇軍第八師的師部，不得不說周鐵蛋等人運氣確實很好，他們趕到這裡的時候，第八師中高級軍官會議剛剛結束，所有軍官正準備離開師部。周鐵蛋當機立斷，立即命令身邊的這個特戰小隊發動攻擊。
“砰”“砰”
狙擊手迅速就位，然後自由射擊。蘇軍第八師附近的十幾個機槍手迅速被幹掉。與此同時，跟在周鐵蛋身後的六十多名特戰隊員也同時開火，守在第八師師部的那個警衛排根本就沒有任何反擊的機會，就被周鐵蛋等人幹掉了。
下一分鐘，周鐵蛋一馬當先衝入蘇軍第八師師部，連續擊斃幾個想要反抗的蘇軍軍官，迅速將蘇軍第八師師部給控制了，包括第八師師長、政委、參謀長以及營團一級的軍官全部成了俘虜。
而此時第八師的士兵已經發現有人偷襲，所有的士兵都迅速跑出營房，準備參加戰鬥。然而，就在他們踏出營房的時候，也是死神來臨之時。陳鋒所部的特戰隊員早已經在所有蘇軍休息的營房門口或者是必經之地佈置好了陷阱。
一時間，整個北部陣地爆炸聲不斷，火光沖天。周鐵蛋看看時候差不多了。立即命令特戰隊原路返回，而他則押着這些高級俘虜率先撤退，等所有的特戰隊員都撤出戰鬥之後，周鐵蛋立即命令身邊的信號手立即給前敵總指揮部發信號，很快一枚豔紅色的信號彈迅速升空。
接到信號的前敵總指揮部立即給整裝待發的前沿陣地打電話，命令他們立即按照原計劃行動。
“轟轟轟”
佈置在東南兩個方向的數百門大口徑火炮同時調整射擊諸元，向着蘇軍駐守的西面。北面陣地猛轟。在炮兵發動炮擊的同時，步兵也開始向西北兩個方向運動。
由於佈置在西北兩個方向的兩個師級指揮部全部被端了，西面陣地的軍火庫也被特戰隊員搞掉了，因此這次進攻出奇的順利，不到一個小時陳鋒所部就將這兩個方向的蘇軍全部消滅了，擊斃俘虜蘇軍2萬餘人，剩下的全部逃進了烏蘭巴托城。馬操等人得理不饒人，也不管肅沒肅清殘敵，指揮部隊向着烏蘭巴托進攻。
陳鋒所部攻入烏蘭巴托的消息傳來，城內的蘇蒙聯軍聯合指揮部大驚失色，朱可夫立即調集大軍增援西北兩個方向，試圖將攻入城內的中國.軍隊趕出城。
然而，今夜中國.軍隊似乎發了瘋一樣，不管蘇蒙聯軍來多少，都很快就被擊潰了，陳鋒所部火力之強遠遠超出了蘇蒙聯軍的估計，而ak突擊步槍在城市巷戰中的威力被凸顯了出來，拿着普通步槍的蘇蒙聯軍還沒有擺好射擊姿勢就被打成了篩子。
最讓朱可夫憤怒的是，就在陳鋒所部攻入城內的同一時間，烏蘭巴托城內竟然有多處蒙古人民軍起義，叛軍甚至於已經控制了烏蘭巴托廣播電臺，叛軍首領巴特爾.道爾吉在炮火隆隆之時發表廣播演說，他對所有的蒙古國民說，蒙古一直以來都是中國的蒙古，自從偉大的成吉思汗與忽必烈汗時就已經是了。世界上只有一個蒙古族，世界上也只有一箇中國，蒙古族的分裂是蘇聯無恥干涉中國內政的結果，他號召所有的蒙古人民軍以及蒙古國民起來反抗蘇聯的入侵。
這個巴特爾.道爾吉朱可夫並不清楚這個人，但是現任蒙古國最高領袖以及軍隊最高司令的喬巴山卻一點都不陌生。這個巴特爾一直以來都是一名堅定的蒙古獨立的反對者，在他身後還有數以萬計的跟隨者。
一直以來巴特爾和他的支持着都是大呼拉爾政治上最大的敵人，雙方關於蒙古國的軍事內政以及外交方面多有交鋒。沒想到這個時候，這個傢伙竟然鼓動軍隊叛變，這讓喬巴山等人極爲憤怒。
巴特爾的廣播演說的效果是顯而易見的，他本人原本就是蒙古國有名的政治家，支持者雖然沒有喬巴山那麼多，但是也不少。況且現在蒙古獨立纔不過十幾年的時間，國內思想還沒有完全統一，支持獨立的民衆並不是很多。
很快又有幾支軍隊叛變，整個烏蘭巴托的防禦漏洞百出，數萬中國.軍隊蜂擁而入，蘇蒙聯軍被打的節節敗退。
戰至第二天上午九點，城內包括廣播電臺以及火車站等一多半重要部門被陳鋒所部控制，東門和南門也相繼失守，這樣一來，城外的蘇蒙聯軍處境就極爲不妙了。蘇軍苦心經營的東部南部陣地有被陳鋒所部前後夾擊的危險，無奈之下朱可夫只得命令這兩個方向的守軍立即撤退。
蘇蒙聯軍撤退之後，陳鋒所部其餘兵力立即向烏蘭巴托開進，到上午十一點，烏蘭巴托一半以上的城區已經被陳鋒所部佔領。十二點整，朱可夫下達了全軍撤出烏蘭巴托的命令，包括1萬多蒙古人民軍在內的7萬蘇蒙聯軍緊急撤出了烏蘭巴托，在烏蘭巴托以北的達古拉鎮安營紮寨，修築防禦工事，以防陳鋒所部繼續進攻。
攻佔烏蘭巴托之後，在叛軍首領巴特爾的協助下，陳鋒所部很快就平定了烏蘭巴托的秩序，肅清了城內殘餘的蘇蒙軍隊。
1940年7月7日下午三點，陳鋒所部在烏蘭巴托城內舉行了盛大的入城儀式，在數百輛坦克的開道下，一身戎裝的陳鋒在數萬蒙古軍民的歡呼下進入烏蘭巴托。
下午五點，朱可夫派代表送來蘇聯政府的談判請求，希望雙方可以進行和平談判，就此停戰。陳鋒對此迅速作出迴應，歡迎與蘇聯政府進行平等對話，在談判期間他保證所部不會主動向蘇蒙軍隊發動進攻。
同一天，國民政府的中央日報、延安方面控制的新華日報、申報、大公報、英國的泰晤士報、美國的紐約時報、華盛頓郵報以及塞北日報、塞北經濟報都以頭版頭條的形式加急報道了這則消息。這是近百年來中國.軍隊在對外戰爭中第一次取得勝利，而且對手還是世界大國強國蘇聯，陳鋒這個中國的軍閥再次創造了軍事史上的奇蹟。