8月6日，苏第三十九军按计划对张鼓峰实施总攻。苏军以一个师搭配一个坦克营分别从南北两面发动进攻。火力强、速度快的苏军T-26轻型坦克在坡度不大的张鼓峰战场如鱼得水、所向披靡。下午16:00，随着连日笼罩在张鼓峰上空的浓雾逐渐消散，苏联空军也赶来凑热闹，重型轰炸机出动超过两百架次，对张鼓峰和沙草峰进行反复无间歇轰炸。连张鼓峰峰顶那块著名的刀形岩石也被炸得不知去向，看来以后只好叫“无刀山”了。
尽管日军不乏全身绑满手榴弹和炸药包与敌军坦克同归于尽的勇士，但精神终究无法战胜物质，血肉之躯仍然无法抵挡横冲直撞的钢铁怪兽，日军无法有效阻止苏军的突进。夜幕降临之后，苏军飞机、坦克的作用减弱，尾高急调两个大队至山顶增援，通过夜袭才把进至山顶的苏军赶走。
8月7日天一亮，苏军的立体进攻再次展开。防守南面“52高地”的日本军官全部阵亡，尾高派出敢死队出击才勉强守住阵地。实施进攻的苏军伤亡更大，当天苏军的最大收获就是以舟艇横渡哈桑湖控制了张鼓峰东坡。
8月8日，长勇联队以及关东军增援的野炮、高炮部队全都到达战场。一天的激战徒增无数伤亡之外，谁都没有取得实质性进展。随后双方不约而同地准备了夜袭，苏军夜袭峰顶日军的企图被挫败，日军驱逐占领张鼓峰东坡苏军的夜袭作战也同样无疾而终。
从7月31日开始，在张鼓峰坚守了九天的日军早已是强弩之末。苏军炮火和飞机的轰炸使得日军伤亡惨重，但是8月9日和10日的激战仍要继续。苏军以张鼓峰东坡为基地，通过舟艇不断向张鼓峰运送部队、装备和物资，同时利用这一制高点向炮群指示攻击目标，使得苏军的火炮攻击更加精确。苏军的增援源源不断，而日本守军却越打越少。
天公也不作美。连日的暴雨导致洪水暴涨，使得日军从图们江南岸到达张鼓峰必须使用舟艇，可图们江面已被苏联太平洋舰队封锁，军令部调来的几艘舰艇相继被击沉。后继援兵和补给只能通过庆兴桥提供，这座桥也很快被苏军控制。驻守山峰的日军陷入了内无粮草、外无救兵的绝境。尾高手边已无兵可用，所有预备队都已经投入战斗。之前信誓旦旦的尾高已经到了山穷水尽的地步，胜负已成为一个时间问题。
第十九师团参谋长中村美明大佐只好向朝鲜军和参谋本部提出，“目前本师团作战能力已到了最后极限”，希望参谋本部能通过外交途径尽快实行停战，这时候开始下软蛋了。
闻讯的参谋本部大惊失色，赶紧下令关东军做好应急准备，同时紧急将原计划参加广州作战的一个师团调回，作为第十九师团的预备队。
1938年8月10日夜，苏军占领张鼓峰山顶的一角。局面马上面临崩溃，但就在这天晚上，日苏停战谈判终于取得了实质性进展。
能够停下来的真正原因是双方都不愿意把战事扩大。日本方面由于武汉会战已经打响，军备需求格外紧张，国内生产力早已透支。据参谋本部测算，假如爆发对苏全面战争的话，现存弹药不足15个师团一次会战所需。所以军部虽然调兵遣将，实际上并没有决心和准备进行两线作战。而苏军刚刚经历的大清洗导致元气大伤，希特勒在欧洲的崛起在西线对苏联的威胁更大，斯大林的眼睛一直紧盯欧洲，瞥向远东的只是余光而已。8月10日午夜，日本驻苏大使重光葵和苏联外交人民委员李维诺夫分别代表本国在停战协定上签字。停战协定并没有重新划定边界，只是规定日苏两军须双双撤离张鼓峰山顶。
张鼓峰一战日军526人阵亡、914人受伤，苏军792人阵亡3297人受伤，但是苏军已完全掌握了战场的主动权。战场形势可谓是“苏军惨胜、日军小败”。一个虽胜尤败，一个虽败犹荣，谁也不服气谁。日军随后公布在刺刀拼杀中，双方的伤亡数字为日4:苏110人，损失率为1:28。由于双方都以擅长虚报战功著称，所以这个比例存疑，除非身材远比苏军士兵矮小的日军士兵都是少林寺武僧出身。
8月12日，莫斯科塔斯社发布消息：“苏联远东红军歼灭入侵日军8000余人，击落飞机24架，击毁坦克47辆，苏联红军有决心捍卫苏维埃领土之完整。”殊不知日军的坦克和飞机几乎就没有参战，参战的日军也只有7000人左右，都死了还差1000人。
陆军参谋本部则对外逞强说，张鼓峰战役日军以少数兵力顶住了大量苏军的进攻，根本不能算打了败仗。军部由此却得出结论：苏联并无大举出动之意，“现在看来，认为斯大林宁可使苏军流血牺牲也要拖日军‘后腿’的看法，似乎过高地估计了中苏关系的密切程度”。于是日军得以消除后顾之忧，放心大胆地实施武汉和广州会战。
蒋介石也在一直紧盯张鼓峰，渴望这边的战事扩大减轻中国抗战的压力。但事与愿违，张鼓峰事件的草草收场让蒋介石怅然若失。据说听到苏日签订停战协定的消息后，蒋介石生气地骂了句“娘希匹，老毛子真是孬种”。但张鼓峰事件还是推迟了日军进攻武汉的时间表。
撤退到图们江南岸的第十九师团战斗力已严重不足，可是军部也没有再增派其他部队去强化张鼓峰地区的防务，理由是“边境上的几个破丘陵没有任何留恋的必要，不应该继续近距离对峙，以免播下冲突的种子”。9月8日，大本营以“大陆令第215号”将张鼓峰方面的防卫由朝鲜军移交关东军，作为对积极求战的朝鲜军之惩罚。
苏联人对那几个丘陵却是很在意，第十九师团这边刚刚撤离，那边苏军就迅速控制了张鼓峰和沙草峰。
1938年8月31日，加伦奉召到莫斯科参加中央军事会议，会议中心议题就是“张鼓峰事件”有关责任的追究。尽管仅指挥了第一天的作战，但加伦还是被定性为导致这次“重大失误”的罪魁祸首，并以“人民的敌人”被逮捕入狱。1938年11月9日，在漫长军事生涯中18次负伤都侥幸活下来的加伦在牢房中被自己人拷打至死。他死后四个月，法庭才以莫须有的“日本间谍罪”追加了宣判。
加伦和中国有着不解之缘。他曾作为孙中山的军事顾问参加过北伐战争，还参加过中国共产党领导的南昌起义，不久前还打过张学良。由于加伦威望太高斯大林甚至不敢宣布他死亡的消息。很多人都以为神秘失踪的加伦又去中国当军事顾问了。还真差点有这事，第二年也就是1939年蒋介石向斯大林请求再派名将加伦来华援助时，却被告知加伦早已不在人世，蒋介石闻之唏嘘不已。曾经当过加伦学生的叶剑英在1957年访苏时也曾挥笔写下纪念诗篇：“不见加伦三十年，东征北伐费支援。我来伯力多怀旧，欲到红河认爪痕。”——最后一句不老押韵。
打了胜仗被处死，还是最残酷的“拷打至死”。打了败仗的第十九师团师团长尾高带着“勇将”的名誉升任日军驻中国山东的第十二军司令官。世事之不公，莫过于此。
对于不久之后发生的战斗，这里的冲突不过是牛刀小试而已。
张鼓峰日军战败的消息传到满洲，关东军一个少佐作战参谋怒不可遏，拍案而起！
（图片：今天的张鼓峰事件纪念馆）
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