经过一天一夜的战斗后，苏蒙联军成功占领了日军在两翼的据点，但没有对日军的士气和战力造成太大的打击。他们退回了中间的日军集结地里，准备进行顽强的抵抗，和苏蒙联军决一死战。
日军被苏军半包围在在一片长17公里，高19公里的三角形地带，他们左、右两翼还有正面前方都被苏军的部队咬得死死，但由于苏军的南北集群依然没有合围，日军的后方还有一道长十多公里的通道，物资和援兵依然源源不断地往前线输送。
同时，在收到苏军反攻的消息后，关东军司令植田谦吉下令RB的第2、4、7三个师团的援兵急速前进，还有几天的时间就会到达诺门罕，支援由荻州立兵和小松原指挥的前线部队。
但是在援兵抵达之前，连战连胜的苏蒙联军已经开始了第二波的进攻。
7月25日清晨，苏蒙联军的南方集群发起了第二波进攻。在第一波进攻中，南方集群的进展良好，一天内就击退了三个日军联队，并成功从日军第28联队和第71联队手中抢占了呼伦敖包山，还在山上假设了新的炮兵阵地，居高临下，南方的日军不再占地形上的优势。
而两个联队的日军分别向北和西北方向撤退，第28师团向西北方，位于日军中央部分位于绿色高地上的据点撤退，而第71联队和混成左翼支队则向北方第7师团指挥部发方向撤退，在第二道防线上与苏军对抗。
士气高昂的苏军南方集群，开始兵分两路，向日军进攻。步兵第293团连同坦克11旅3营，还有中央集群的步兵向绿色高地和沙土高地发起进攻。
而南方集群其余的部队（包括3个步兵团、1个坦克旅、一个摩托化旅）则向北方的前进，攻击日军第7师团的残余部队。
这次，南方集群的攻势比第一波还要困难，由于日军在后方设立了更加坚固的防线，而且得到了新的反坦克炮，苏军的机械化部队进攻受到阻碍。
像第一天那样，苏军坦克零伤亡完虐日军步兵的情况已经没有出现，鬼子早已经在准备了一定数量的反坦克炮和防空炮，架设在第二道防线，迎接钢铁洪流的进攻。
由于日军阵地离苏军的大炮还有15公里的距离，苏军的炮兵很难精确地炸到那边的反坦克炮阵地，之前那次炮击的效果其实不是太理想，虽然摧毁了日军前线的反坦克、防空力量，但并没有摧毁日军在后方阵地的反坦克炮和防空炮。
结果，南方集群的苏军装甲部队第一天在没反坦克力量抵抗的情况下，轻松地突破日军第一层防线，但到第二层防线的时候，就遇到克星了。
7月25日清晨，第6坦克旅和第8摩托化旅的装甲部队在接到进攻的命令后，排成了进攻的队形，在空中力量的支援下，隆隆地往前方的日军阵地开进。
正当坦克要开火，飞机要投弹的时候，日军毫不留情地，用反坦克炮朝前方滚滚而来的苏军坦克进行射击。
几个集中精神的反坦克炮兵瞄准了几辆苏军T-26坦克，毫不犹疑地开了炮。几枚反坦克炮弹射进了几辆T-26坦克薄薄的装甲，击毁了几辆坦克。
苏军当然不会善罢甘休，这次反坦克炮击暴露了日军反坦克炮的位置，结果被地上的坦克集中炮击，天上的飞机集中轰炸、扫射，结果日军的反坦克部队却栽了跟头。
在后面，苏军的步兵主力也跟随者坦克的步伐，向发起了冲锋。红军战士们，在冲锋号音乐的伴奏下，边喊着“乌拉！”，边向前面的日军阵地，浩浩荡荡地冲去。
此时，日军在那边只有一个连队的兵力（半个第71联队+半个左翼支队），而苏军却有3个步兵团、一个摩托化旅、一个坦克旅的力量，无论是兵力上还是装备上均占优势。
鬼子的反坦克炮和防空炮虽然挡住了坦克和飞机的进攻，却挡不住兵力相当于自己三倍的苏军步兵。
即使他们动用了野战炮向苏军步兵发起炮击，但由于大炮数量不多，而苏联步兵的数量太多，这点的炮击只造成了苏军极小的伤亡，而他们自己却因为苏联飞机的轰炸扫射，和坦克、装甲车的猛烈攻击，折损了为数不少的兵员。
在苏军空地协同作战，步兵、坦克和飞机的猛烈攻势下，兵力只有苏军三分之一，而且毫无制空权，毫无装甲兵力的RB鬼子，根本就挡不住苏军的钢铁洪流。
他们的反坦克炮、防空炮不久也被摧毁，最终失去了几乎所有的防空、反坦克能力，剩下来的士兵们，为了对付苏联的坦克，居然在自己身上绑炸弹。
这些绑着炸弹的鬼子们，组成了反坦克敢死队，不顾一切地往苏军坦克冲去。但就在他们冲到坦克那里之前，就已经死于装甲车、坦克配备的机枪枪口下，只有少数的几个人能够冲到坦克前，引爆身上的炸弹，和坦克兵一起去见马克思。
南线的苏军经过几个小时的战斗后，成功突破了日军第的阵地，苏军左右两翼的部队随后绕道日军后方，成功包抄了日军在那边的所有部队。
等到晚上，日军第14旅的部队前来增援，试图从包围圈外面攻击苏军，解开重围的时候，被围困的鬼子基本上已经被兵力占绝对优势的苏军所围歼，怎样也挽救不了了。
日军第14旅的援兵不但挽救不了2个联队被围歼的局面，还遭到苏联空军的猛烈轰炸，还遇到苏军部队的反攻，结果只能在战场东北方修筑工事，原地驻扎。
而与此同时，北方集群也推进到RB中央集群的北侧，在列米佐夫高地以北2公里的地方集结，准备下一步的行动。
苏军的中央集群也已经为最后的总攻做好准备，等南北两个集群合围日军之后，一起收缩包围圈，准备围歼剩下来的日军主力。
然而，战场上依然还有不少变数，日军第14旅的援兵已经在战场东北方建立了阵地，随时都会威胁到南方集群的合围计划，而日军3万名从关内调来的援兵也在火速赶来前线。
如果鬼子所有援兵都能顺利抵达诺门罕的话，曼图洛夫就要面对更多的困难。朱可夫围歼日军的计划可能会泡汤，他指挥的苏军部队也有可能会被增援的小鬼子击退，到时后果将会不堪设想。