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按照阿帕納先科的計劃，在7月11日晨，先由三個炮兵團實施火力準備，同時掩護地面部隊的紅軍戰機也對日軍陣地進行了轟炸。最後再由第32步兵師一口氣拿下對手。
可惜地是，天公不作美，因為暴雨和陰雲的影響，空軍不能按照預定的計劃投入攻擊，攻擊事件只能延遲。一直到下午，天氣才開始轉晴。當時阿帕納先科將前沿指揮部轉移至194高地上的觀察哨內，裡面有阿帕納先科、梅赫利斯、什捷爾恩以及遠東紅旗方面軍軍事委員會委員馬澤波夫，用梅赫利斯的話說，他們準備一起見證紅軍的勝利。
16時整，在雷恰戈夫的指揮下，紅軍的180架轟炸機和70架戰鬥機對張鼓峰—沙草峰的日軍陣地以及圖們江口上的各渡口進行了猛烈轟炸，空襲持續了整整一個半小時，其中僅僅TB3轟炸機就向日軍陣地及後方投下了1592枚炸彈，約合122噸。
對於空軍的轟炸阿帕納先科十分滿意，很得意地向身邊的梅赫利斯說：“我們的轟炸不僅是翻起一層土，而是從日本人腦瓜上削掉了一層皮！”
當TB3機群離開後不久，紅軍的戰鬥機和攻擊機又開始了第二輪打擊，它們在日軍的陣地上進行超低空飛行，用航炮和機槍掃射暴露的鬼子，這給日軍造成了極大的心理壓力。
這依然不是全部，在空襲結束之後，紅軍的炮兵開始發威了，從203毫米到76毫米的各種口徑炮彈呼嘯著落在日軍的陣地上，特別是隸屬於紅旗太平洋艦隊的岸防炮兵哈桑分隊（營級規模），用180毫米和356毫米鐵道炮將張鼓峰和沙草峰淹沒在硝煙之中。
18時，伴隨著還在漫天紛飛的土塊，紅軍坦克轟鳴著衝出陣地，超越步兵向日軍陣地衝去。而這也拉開了紅軍地面部隊總攻的序幕。
不過，戰場上狹窄多石的道路給紅軍步兵造成了很大的困難，哈桑湖和山坡之間只有15米~20米寬的小路，這讓紅軍戰士們又擠在一起，遭到了日軍機槍的猛烈掃射，同時日軍多個炮兵大隊也密集炮擊行進中的紅軍。
最激烈地戰鬥發生在張鼓峰的東南方向，紅軍119步兵團在獨立第40坦克營的支援下，從圖們江北岸越過中蘇邊境，迂迴到日軍52高地背後發起攻擊。
T26在崎嶇顛簸的山路上靠近日軍陣地，對日軍工事實施抵近射擊，猛烈地炮火將日軍的前沿陣地上的胸牆打成鋸齒狀。但受武士道精神毒害的日軍士兵卻表現出狂熱的戰鬥精神，即使遭受如此猛烈的炮火打擊，他們依然與突入陣地的紅軍展開近戰。哪怕是紅軍一度控制住了52高地的絕大部分陣地，但日軍指揮官平原靜夫把手頭所有的力量全部投入反擊，又奪回了一部分陣地。
由於缺乏同步兵的配合，紅軍的T26在52高地遭受了一定損失，此後雙方圍繞52高地展開反覆爭奪，不過誰也奈何不了誰，最後雙方在52高地形成對峙。
雖然119步兵團沒能完全佔領52高地，但無疑也讓日軍不能一心一意地增援張鼓峰和沙草峰，這使配合96步兵團作戰的第2機械化旅第3坦克營僅用了一個小時就突破了日軍的第一道防線，推進至沙草峰東北的坡地上，該營甚至試圖沿山脊進一步發動進攻。但由於此前日軍在沙草峰上的防禦力量增強到兩個半大隊的規模，這和紅軍進攻部隊兵力相差無幾，因此該營繼續推行十分困難。
當時，為了防止紅軍的坦克透過，佔據有利地形的日軍集中大量的機槍和速射炮猛烈開火，導致陷在山地行動困難的紅軍坦克損失慘重。坦克部隊只能竭盡全力不顧損失地向敵人靠近，這才衝入了日軍陣地，掀翻了日軍的火炮和機槍，並不停地向鬼子兵掃射。
激戰至當夜20時，第96團終於攻佔了沙草峰東北部山坡，並開始向張鼓峰發起攻擊。第二機械化旅在旅長潘菲洛夫上校的帶領下，沿著52高地以北的兩條狹窄通路艱難前進，由於日軍缺乏反坦克武器，紅軍坦克手起初沒遇到太多的抵抗，反倒是多石的坡地以及層出不窮的機械故障躺他們傷透了腦筋，最後該部狼狽地陷在了原地動彈不得。
而正在這時，張鼓峰上的日軍拿出了他們最擅長的戰術——夜襲。此時紅軍打了幾個小時，又累又餓，猝不及防之下陷入了混戰。如果不是眼看不妙的第40步兵師政委伊萬琴科和政治部主任波盧什金髮現情況不對，果斷地將所屬的部隊全部派出去，恐怕第32步兵師和第2機械化旅會被直接趕入哈桑湖。
激烈地混戰之後，紅軍丟掉了之前佔領的絕大部分陣地，與對手形成對峙的局面。這樣
