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迟春先用一次坚决果敢的反击击溃了当面之敌，将自己被敌所围的一个骑兵团救了出来，然后遵循兵贵神速的古训，不顾人马疲劳，更不顾西面尚存的敌人，迅速集中了两个骑兵团，连夜北上，夹击攻击哈特库勒的俄军。
唐努乌梁远征军代理司令官迟春先在接任重任后、这一切做的都极为完美。放弃对当面已处败象的俄军两个骑兵师（第3师已经溃散，其师长巴达诺夫少将在夜战中负伤不治）的继续打击而掉头合击另外一股俄军是正确的选择。其行动的方向和计划建立在哈特库勒混成旅的那部电台上。自昨日起，与总部的联络一直未建立，但哈特库勒与自己的联系却畅通着，俄军的兵力既已知晓，迟春先的信心就有了，他不担心阎进东混成旅的安全，就兵力和火力而言，两个骑兵师绝对打不下哈特库勒，但步兵无法形成对骑兵的运动合围，迟春先要的是歼灭战，要用一次完美的步骑兵配合将北翼的两个俄国师消灭。那样的话，远征军的撤退就安全了。
4月30日凌晨，哈特库勒战役打响，在华军步兵炽热火力前一筹莫展的俄军骑兵遭受了来自背后的打击，迟春先集中了两个骑兵团首先攻击了北翼俄军第11骑兵师，这个师的位置在哈特库勒西北方向，这个部署彰显了迟春先打歼灭战的决心，他没有先对西南方向的俄军动手，而是绕了一个圈子，将俄军往南赶，用混成旅、自己所带的骑兵旅主力及撤出博勒图斯的骑一团、司令部警卫营、炮兵营等部队构成一个三角型的包围圈。
迟春先对俄军第11骑兵师的打击首先落在其辎重部队上，一个营的俄军迅速被消灭，大量的辎重落入了迟春先之手，俄军掉头攻击来自后面的敌人，其背后遭受了混成旅的攻击，特别是黄锦辉指挥的炮兵发挥出色，三个炮营冒着误伤友军的危险集中轰击俄军第11师，使得该师迅速崩溃。俄军没想到华军在哈特库勒有如此强大的炮兵力量，大量的炮弹落在集结起来的俄军骑兵中，给予其重大杀伤。等迟春先手里的两个骑兵团发起冲锋，俄军第11师已经很难有效组织对抗了。在黎明的晨曦中，在哈特库勒西北的旷野里，华军骑兵追逐着溃败的俄军向南卷击。而阎进东指挥混成旅的两个步兵团向南分两路冲出哈特库勒，加入到了一面倒的战场中，更加剧了俄军的溃败。另一个俄军师——位于哈特库勒西南攻击线的俄军第10骑兵师来不及援救败下来的第11师，他们必须应对混成旅的步兵攻击了。
在俄军看来，骑兵在野外对步兵作战是具备极大优势的，尤其是那些自幼长于马背的哥萨克骑手更是蔑视步兵。但哈特库勒战役中俄军面对装备了大量机关枪和迫击炮的步兵毫无优势可言，特别是迫击炮给了俄军骑兵以巨大打击，一发发炮弹准确地落入密集的骑兵队伍中，炸得俄军人仰马翻，射程更远的重机关枪的火力成片地扫倒了俄军，对战马的杀伤极为严重。当俄军背后出现另一支华军骑兵后，第10师——俄军司令官亲自统带的这支部队也崩溃了。
哈特库勒战役只进行了四个半小时。至上午九点半中，战场基本沉寂下来，华军远征军基本歼灭俄军第11师，重创了俄军第10师，俘敌1900余人，毙敌650余人，缴获了北线俄军的全部辎重。由于远征军的武器基本使用俄式口径，所缴获的弹药补充了损耗，让迟春先大大地松了口气。
客观上讲，华军远征军是不具备远征条件的，尽管鲁山组织了两个辎重团来携带弹药给养，但没有后方源源不断的补充的情况使得远征军事实上是一支“一次性”部队。一挺马克沁重机枪一分钟足以发射450~500发子弹，一挺华源2型轻机枪足以发射400发子弹，而一个弹药手随身所携带的子弹勉强可供机枪手两分钟的射击。就算有两个装备大量马车的辎重团也难以供应部队的高强度作战。
鉴于弹药问题以及战马已经耗尽了力气，迟春先没有追击突围而去的俄军，在收容俘虏打扫战场后，远征军全部撤入了哈特库勒，他们将进行一次短暂的休整，然后带着阵亡司令官的遗体顺着来路回撤。
俄军自厄尔口派出的四个师在短短三天内就遭遇了毁灭性打击，一个师（第11师）基本损失掉了，另一个师（第3师）也基本失去了战斗力。俄军缩回了察罕布隆，其指挥官向上级报告，华军兵力极为庞大且火力凶猛，以现有兵力无法驱逐华军，请求支援。在援军未至之前，他们只能以现有兵力尽可能地迟滞华军向西的进军。
他们不知道，中国人已经决定撤退了。
唐努乌梁海之战以一种双方都没有预料到的方式爆发。顺利平定外蒙的鲁山由此坚定了信心，他认为俄国不会进行武装干涉，所以他选择了一鼓作气收复唐努乌梁海。鲁山没有意识到唐努乌梁海与外蒙的不同（俄国人甚至不准外蒙分裂势力将唐努乌梁海划入大蒙古国的版图）
鲁山为自己的轻敌付出了生命的代价，更为新生的共和国外交军事格局带来了绝大的变数。从这个意义上讲，唐努乌梁海之战绝不是一般的军事冲突，更不能单纯计算双方的兵力武器损失来判定胜负。
鲁山远征军进入唐努乌梁海突破了俄国的底线。
厄尔口驻军司令米舒钦科将军获悉华军进兵唐努乌梁海大怒，不等彼得堡最后的指示，立即调集拼凑了四个骑兵师——那是他全部的骑兵力量，南下唐努乌梁海驱逐华军。
米舒钦科将军是参加过俄军宿将，他不认为这支进犯帝国神圣领土的华军有着不可侮的力量。显然，他们是从库伦来的，已经确认，出兵库伦的华军不过是一个步兵师另加一个骑兵旅。就算他们全军而来，四个骑兵师也足够应对了。