21 августа войскам была поставлена задача — окружить японскую группировку. В этот день в бою участвовала и 6-я танковая бригада. К вечеру бронемашины 8-й мотоброневой бригады вышли к линии границы, а 57-я стрелковая дивизия заняла большие и малые пески. Путь противнику на восток был отрезан.
82 и 36-я дивизии в этот день продвинулись незначительно. Части северной группы также имели небольшой успех. В течение дня они несколько раз атаковали опорный пункт японцев на высоте «Палец», но безуспешно. Командование 1-й армейской группы проявляло беспокойство за северный участок, так как опорный пункт на высоте «Палец» не давал возможности завершить окружение. Поэтому на усиление северной группы была выдвинута 9-я мотоброневая бригада, которая во второй половине дня вышла в район двух озер в 5 км северо-западнее Номонхан-Бурд-Обо и отрезала пути отхода противнику. Однако командир бригады стянул части бригады за ночь и занял круговую оборону, а японцы, пользуясь большими промежутками между советскими подразделениями, стали выводить из окружения людей и технику. Остальные силы северной группы в это время продолжали блокировать опорный пункт противника на высоте «Палец». Он представлял собой хорошо укрепленный район с круговой обороной диаметром до 1,5 км и состоял из окопов, «лисьих нор» (убежищ), ходов сообщения, укрытий для машин и лошадей, проволочных заграждений. Часть блиндажей имела даже бетонированные перекрытия. Район обороняли части 23-й пехотной дивизии: разведотряд, рота пехоты, саперная рота, 2 батареи 75-мм и 8 37-мм противотанковых орудий. Японцы здесь сопротивлялись с 20 по 22 августа, и только 23-го были уничтожены. Для ликвидации этого опорного пункта дополнительно были привлечены дивизион 152-мм гаубиц и дивизион 76-мм орудий обр. 1902/30 года, после чего остатки японцев пришлось добивать «штыком и гранатой». После боев более 600 трупов было извлечено из окопов и блиндажей.
В течение 22 августа советские части продолжали сжимать кольцо и уничтожать отдельные узлы сопротивления. Каждую огневую точку приходилось штурмовать, орудия стреляли в упор, огнеметные танки выжигали японцев из окопов и блиндажей, затем пехота с танками завершала уничтожение.
К вечеру 23 августа окружение японской группировки было завершено.
Следует отметить, что из-за плохого взаимодействия различных родов войск в ходе боев случались и трагические ЧП. Так, 23 августа в 14.00 7 танков БТ-7 роты старшего лейтенанта Хлопова из состава 6-й танковой бригады получили задачу — отрезать путь отхода японцам вдоль южного берега реки Хайластын-Гол. Командир батальона 602-го стрелкового полка капитан Гусев принял эти танки за японские и приказал командиру батареи 45-мм противотанковых орудий младшему лейтенанту Мигачеву «уничтожить танки противника, идущие вдоль реки». Командир батареи по телефону запросил у Гусева подтверждение, что это японские танки. Получив утвердительный ответ, Мигачев дал приказание открыть огонь и с 200 м первыми 3 снарядами расстрелял 3 танка, а затем и оставшиеся 4. В результате, все 7 танков сгорели, погиб 21 танкист.
24 августа японцы перешли в запланированное наступление. Два пехотных и кавалерийских полка атаковали 80-й стрелковый полк 57-й стрелковой дивизии северо-восточнее больших песков, но были отброшены. 57-я дивизия потеряла за этот день 285 человек убитыми и ранеными и 4 танка.
Дня усиления северной группы были подтянуты 212-я авиадесантная бригада и две роты пограничников, которые заняли разрыв между частями группы и 6-й кавалерийской дивизией МНРА. К южной группе был подтянут 1-й стрелковый полк 152-й стрелковой дивизии.
25 августа японцы вновь пытались атаковать 80-й стрелковый полк, но безуспешно. Окруженный со всех сторон — с востока 57-й стрелковой дивизией, с юга и запада — 82-й стрелковой дивизией и 127-м полком, перерезавшим пути отхода, противник начал пытаться вырваться из окружения, отказавшись от дальнейших атак.