苏军坦克旅分成多个小队，沿着旭日军的阵型间隙穿插，将旭日军分割成一个个孤立的小据点；机械化步兵师则逐个清理这些据点，对顽抗的旭日军士兵发起攻击，对放下武器的旭日军士兵则进行收容、看管；蒙军骑兵师则在旭日军后方展开地毯式搜索，抓捕溃散的旭日军士兵，防止他们逃脱。

在一处被包围的旭日军据点里，旭日军第64联队第2大队的300余名士兵正依托沙丘构筑临时工事，负隅顽抗。

苏军第201师的士兵多次发起冲锋，都被旭日军的机枪火力压制，伤亡惨重。师长瓦西里耶夫少将见状，下令调来两门120毫米榴弹炮，对着旭日军的工事发起炮击。

炮弹呼啸着击中沙丘，将旭日军的工事炸得粉碎，机枪火力点被摧毁。随后，苏军士兵手持波波沙冲锋枪，发起冲锋，冲进旭日军的据点。

旭日军士兵见工事被摧毁，纷纷挥舞着军刀，发起决死冲锋，但很快就被苏军士兵击毙。最后，只剩下大队长山田少佐和20余名士兵，他们见大势已去，放下了武器，举手投降。

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在另一处战场，苏军第6坦克旅的士兵正在追击溃散的旭日军坦克。一辆旭日军八九式坦克因履带受损，停在草原上，坦克内的驾驶员和炮手试图弃车逃跑，但被苏军士兵追上。

驾驶员见状，拔出军刀，试图自杀，但被苏军士兵一枪击中手臂，军刀掉落在地，最终被俘虏。炮手则蜷缩在坦克里，吓得浑身发抖，被苏军士兵拖了出来，乖乖投降。

战斗一直持续到深夜，草原上的炮火渐渐平息，只剩下燃烧的坦克、残破的工事和遍地的尸体，空气中弥漫着浓郁的硝烟味、血腥味和坦克燃烧的焦糊味。月光洒在战场上，照亮了这片被鲜血浸染的草原，如同一片冰冷的地狱。

7月23日清晨，当第一缕阳光照亮诺门坎草原时，战斗终于彻底结束。朱可夫的指挥部里，参谋们正在统计战果，脸上洋溢着胜利的笑容。

“报告军长！此次合围战，我军共击毙日军第23师团主力余人，击毁坦克320辆、装甲车60辆，摧毁野炮42门、榴弹炮8门，缴获坦克80辆、装甲车20辆，野炮6门、步枪余支，弹药无数！”