苏军每前进一步都要付出巨大代价，甚至有一个团在乌列盖城附近被包围歼灭。
近卫坦克第5集团军所辖近卫坦克第3军和坦克第29军在突破巴彦乌列盖地区的行动中损失了三分之一的人员和接近一半的坦克及装甲车辆。
由于众寡悬殊，在坚持抵抗了半个月以后，中国军队战死、战伤人员已达8000余人，新21师下属各团都只剩下了一个营左右的兵力，62师有7个连成建制牺牲。
唐生智被迫率军撤出巴彦乌列盖，在近卫坦克第5集团军和机械化第10军的夹击下退入外蒙古南部城市尤松布拉克。
此时外蒙古各战线的态势是：国军5个军共计19万人正在科布多和色楞格抵抗外贝加尔方面军和远东第2方面军共计40余万苏军的进攻。
由于国军已把这两个地区修建成筑垒地域，配备了大量重机枪、堡垒和反坦克壕，苏军无法发挥其兵力优势，再加上华西列夫斯基给这部分苏军的任务是牵制国军主力、使其无暇支援在外蒙古西部苦战的唐生智所部，因而两方面军在此地进展缓慢。
李弥的第8军于战争爆发的第一时间离开库伦，准备前往乌列盖支援第88军，然而在乌里雅苏合遭遇新西伯利亚方面军所辖近卫第7集团军，就地展开了拉锯战。
唐生智的第88军伤亡过半，即将在尤松布拉克陷入苏军主力合围。为全歼外蒙古国军，远东苏军总指挥部于12月9日对切尔尼亚霍夫斯基下达指令：“……应于本月15日前消灭尤松布拉克当面的顽固敌军，或将其驱逐至新疆境内……占领库伦后，方面军应当以全部或大部分兵力共计科布多、色楞格两处敌军背后和侧翼，使他们没有机会撤退……上述任务应当于明年3月前完成。华西列夫斯基、伊万诺夫。”
为了最大限度破坏苏军夹击国军主力的企图，为了给国民政府争取到更多调兵遣将的时间，唐生智放弃了全军撤出外蒙古的机会，而是在尤松布拉克城内同苏军展开了残酷的巷战，并计划用最后一份力量对苏军发动反突击。
12月31日夜，新21师残部从城南冲击苏军包围圈，吸引了苏军的注意力，然而这只是佯动。
于此同时，62师5300余人借着夜幕的掩护从城西突出，对苏军展开了全面进攻。
苏军由于麻痹大意，被打了个措手不及，近卫坦克第5集团军所辖近卫机械化第5军由于国军攻击和友军误伤，一夜间死亡4200余人，失踪200余人，重伤8700余人，各师均失去了战斗力。
空军第9集团军误以为国军在组织大规模突围，出动大部分歼击机和轰炸机袭击尤松布拉克市区，然而国军已全部出城作战，苏军的袭击因此落空，反而误伤了城内红旗第1集团军的士兵。
面对不利局面，一向以铁腕治军的近卫坦克第5集团军军事委员弗拉基米尔.伊里奇.乌里扬诺夫中将当机立断，组织了由警卫连和集团军直属部队构成的督战队，一旦发现有不听从指挥或者试图后撤的苏军士兵即行射杀。
这一无比残酷的举动虽然使许多无辜的士兵死于来自战友的攻击，但却有效地制止了苏军的混乱局面，各师、各团开始收拢部队，应对国军的突击。
由于双方的兵力差距实在太大，局面开始向朝第88军不利的一面倾斜。
新21师在巴彦乌列盖地区的战斗中已被打残，此时作为佯动部队又受到了苏军的重点攻击，终于不支，团营级干部几乎全部阵亡或重伤，只有255团团长李一鸣中校能够继续指挥部队。
凌晨1时30分，师部与唐生智取得联系，接到了结束佯动、同主力会合的命令。