Появление кавалеристов Рокоссовского в тылу китайских войск было, по всей вероятности, полной неожиданностью для них, потому что спустя буквально несколько минут после выхода кубанцев к железной дороге со стороны Чжалайнора показался поезд, следовавший на Хайлар. Так как саперы не успели взорвать путь, батарея кубанцев по приказу комбрига, развернувшись, с открытой позиции несколькими снарядами остановила состав. Из вагонов в панике начали выскакивать офицеры и солдаты, открыв беспорядочную стрельбу, они бросились врассыпную. Тогда последовала конная атака эскадрона 74-го полка. Разрозненные группы противника были уничтожены, а сложившие оружие 29 человек (в том числе 16 офицеров) взяты в плен. В поезде у захваченных пленных кубанцы обнаружили ценные документы, позволившие впоследствии с достаточной ясностью разоблачить авантюристические планы китайских милитаристов относительно советского Забайкалья.
Захватив поезд, бригада к 10 часам утра, переправившись по льду через Мутную протоку, под редким артиллерийским огнем противника со стороны южной окраины Чжалайнора вышла в район сопки «Мать». Сопку пытались оборонять небольшие группы пехотинцев противника, но они были быстро оттуда выбиты. После этого продвижение замедлилось, так как стрелковые части, которые должны были атаковать Чжалайнор с севера, еще не подошли.
Несколько часов прошли в ожидании. Очевидно, присутствие бригады Рокоссовского в тылу противника, перехват кавалеристами железной дороги беспокоили китайское командование, и со второй половины дня оно попыталось отбросить кубанцев, но эти попытки были легко ликвидированы советскими бойцами. Около 14 часов наблюдением была отмечена пехота противника, пытавшаяея охватить левый фланг расположения бригады. Рокоссовский распорядился атаковать противника. 3-й эскадрон 74-го кавполка выполнил это распоряжение: конники уничтожили до роты солдат, 15 из них взяли в плен. Немного позже в том же районе появился китайский батальон, двигавшийся из Чжалайнора с явной целью ударять во фланг бригады. Тогда Рокоссовский бросил в атаку в конном строю эскадроны 75-го полка. Поддержанные пулеметным огнем, кавалеристы настигли противника у безымянной высотки. Более 200 вражеских солдат было убито, 39 взято в плен. Потерн полка во время атаки составили 7 убитых и 5 раненых. Характерно, что во время атаки китайские солдаты, бросавшие оружие, вновь хватались за него и стреляли в спину проскакавшим мимо них кавалеристам.
Намеченная вечером атака Чжалайнора не состоялась. С 20 часов части бригады отошли с занимаемых позиций в район сопки «Мать», где и провели ночь. Ночевка эта была тяжелой: под открытым небом, при низкой температуре и сильном северо-западном ветре. Командование бригады не имело возможности эвакуировать раненых. Положение ухудшалось и тем, что не было воды для лошадей и горячей пищи для бойцов.
Но больше всего Рокоссовского беспокоило то, что он не знал о положении дел в других частях группы. Бригада оказалась в тылу противника, оторванной от своих войск. Лишь к исходу 17 ноября на короткое время удалось установить связь по радио со штабом группы, и с утра 18 ноября совместно со 108-м стрелковым толком, подошедшим за ночь, кубанцы возобновили наступление на Чжалайнор. Несмотря на сильный ружейный и пулеметный огонь противника, его сопротивление около 11 часов было сломлено, и бой закипел на улицах города. Засевших в домах и упорно оборонявшихся китайских солдат пришлось выбивать гранатами. Вскоре Чжалайнор был в руках советских войск.
17—18 ноября 1929 года кавалеристы 5-й отдельной бригады выдержали серьезный экзамен. Без пищи и сна в течение» двух дней, пронизываемые ледяным ветром, под сильнейшим ружейно-пулеметным и артиллерийским огнем преодолевали они крутые, голые каменные сопки, изрытые несколькими рядами окопов, рвов, блиндажами.
Часть войск противника все же сумела вырваться из Чжалайнора и уйти на юг. В погоню за ними Рокоссовский отправил 75-й кавполк. Около 14 часов кавалеристы настигли отходящие китайские частив 10—12 верстах юго-западнее разъезда Аргунь и атаковали их в конном строю. Результат был следующим: около 300 убитых врагов и 32 пленных. От дальнейшего преследования пришлось отказаться, так как лошади кубанцев крайне устали и уже много часов были непоенными.