В первых числах июля 1939 года, сразу после разгрома японских войск у горы Баин-Цаган, началась переброска в район вооруженного конфликта новых стрелковых и механизированных частей и соединений. 6 июля из состава 11-го танкового корпуса Забайкальского военного округа была выведена 6-я танковая бригада (командир — полковник М.П. Павелкин), полностью укомплектованная танками БТ-7. Колонны боевой техники двинулись по дороге, ведущей к границе МНР. Путь частей бригады пролегал через Баин-Тумен и Тамцак-Булак к Халхин-Голу. Этот маршрут, протяженностью около 800 км, бригада прошла за 55 ходовых часов, а всего за 6 суток, причем движение осуществлялось на гусеницах.
При подготовке операции по полному разгрому японских войск 6-я танковая бригада была включена в состав Южной группы, в задачу которой входил охват группировки японских войск с фланга, с последующим выходом в тыл.
В ночь с 18 на 19 августа по наведенным саперами переправам началось выдвижение советских стрелковых и танковых частей на восточный берег Халхин-Гола. Танки переправлялись небольшими группами, чтобы не особенно тревожить привыкших к шуму моторов японцев. К рассвету 20 августа подготовка операции была закончена, однако батальоны 6-й танковой бригады задержались на переправе через Халхин-Гол. Наведенный саперами понтонный мост не смог выдержать тяжести танков, поэтому решили переправляться вброд. Поскольку для танков того времени река глубиной в полтора метра являлась почти непреодолимой преградой, пришлось конопатить все щели. Вода при переправе доходила до основания башен, но моторы работали, и танки медленно ползли по дну. Весь день 20 августа ушел на переправу, и бригада смогла вступить в бой только на следующий день. Вот что говорится об этом в «Отчете об использовании бронетанковых войск на р. Халхин-Гол»: «6-я танковая бригада в составе 3 батальонов (4-й батальон действовал в составе 9-й мотобронебригады) — 153 танка — действовала на заходящем фланге часто самостоятельно или при небольшой пехотной поддержке (1–2 стрелковых батальона).
При самостоятельных действиях танки на большой скорости подходили к какому-либо укрытию и открывали огонь по обороне противника, вызывая его ответный огонь для определения расположения ПТО. Затем, сочетая огонь с движением, атаковали двумя эшелонами и расстреливали его огневые точки. Подход танков к узлам сопротивления, как правило, совершался с расчетом окружения или охвата с трех сторон. При этом танки уничтожали много орудий, дезорганизовывали тыл, но прорвать оборону не могли.
Так, 21 августа в районе Малых песков (8—10 км южнее Номонхан-Бурд-Обо) бригада три раза атаковала узел сопротивления (2 раза одним батальоном, 1 раз — двумя), но каждый раз была вынуждена возвращаться в исходное положение. Наутро узел сопротивления снова ожил. Бригада за эту атаку потеряла 11 танков. Этот узел был уничтожен только во взаимодействии со стрелковым батальоном.
На участке 6-й танковой бригады действовало до двух пехотных батальонов с сильными средствами ПТО. Этого противника бригада уничтожила в течение 21–23 августа при поддержке одного стрелкового батальона. За этот период бригада потеряла 15 танков сгоревшими и 20 подбитыми. В последующие дни до 30 августа бригада действовала совместно с 80-м стрелковым полком 57-й стрелковой дивизии по отражению и уничтожению частей противника, атаковавших из района Депден-Суме с территории Маньчжурии.
Опыт действий 6-й танковой бригады против обороны противника показал, что танки самостоятельно без пехоты в состоянии потрясти оборону, нанести противнику сильное поражение, но закрепить за собой местность не смогут. При этом танки несут большие потери.
В обороне танки могли действовать двумя способами. Первый способ — танки в качестве огневой поддержки пехоты — широко применялся и был основным в период до августовской операции, когда части занимали оборону на широком фронте по восточному берегу р. Халхин-Гол. Закопанные по башню или прикрываясь барханами, танки, рассредоточенные повзводно, вели огонь с места, часто меняя позиции.
Вторым способом была атака танками перед передним краем обороны. Практиковалась 6-й танковой бригадой с 24 по 27 августа. 24 августа японцы одним пехотным и одним кавалерийским полками контратаковали 80-й стрелковый полк, оборонявшийся на широком фронте и прикрывавший Южную группу с востока. Фланги противника были открыты и давали широкий маневр для танков. Один танковый батальон был придан 80-му стрелковому полку и находился непосредственно в расположении обороны. Другие выделяли от себя 1–2 роты и с флангов расстреливали наступавшего противника, не переходя в атаку. За 24–26 августа противник понес большие потери и перешел к обороне.