長男は乳児のときに死亡し、次男・正左衛門も慶應義塾在学中に急死、三男・新次郎（新二郎とも）も米国留学中に病死した。新次郎は慶應義塾を経て東京予備門（のちの第一高等学校）を卒業し、1885年2月に米国ポキプシー (ニューヨーク州の町)のイーストマン商業学校に留学したが、翌月に肺炎で亡くなった。亡骸は日下部太郎ら日本人留学生が多数眠るラトガース大学横の墓地ウィロー・グローブ・セメタリーに埋葬された。1886年に跡継ぎとして正治を四男として養子縁組したが、文学に傾倒した正治は家業を継ぐことを拒み、廃籍された。正蔵の甥（実妹の子）である川崎芳太郎（旧姓・鬼塚）は、1883年、伯父の正蔵を頼って上京して川崎家の書生となり、６代目森村市左衛門の世話で米国のイーストマン商業学校で一年ほど学び、帰国後、正蔵の二女・千賀と結婚して川崎家の養嗣子となり、1896年に株式会社に改組した川崎造船所の副社長に就任した。
9月ないし10月には、両軍の本格的な戦闘が開始された。戦闘開始の責任について、中ソ両陣営とも、相手方の宣戦布告なき不当な先制攻撃があったと主張していた。ソ連が自衛を大義名分に攻撃を正当化する手法は、フィンランドとの冬戦争などでも見られたことであるが、今回は実際にも中国側の暴力的な財産侵害が先行していた。黒龍江・松花江合流地点方面では、中国側によると9月から本格的なソ連軍の攻撃が始まり、9月19日に綏浜、10月12日に黒竜江と松花江合流点の同江、10月31日に富錦を攻略し、松花江沿いの約50キロにわたって侵攻した。うち10月12日の戦闘では、ソ連軍のアムール小艦隊（中国側の観測によると砲艦5隻と武装商船4隻）が航空機の援護を受けて侵攻し、中国軍江防艦隊（砲艦2隻と武装商船など4隻）と水上戦闘になった（三江口の戦い, zh:同江之役）。中国艦隊は砲艦「利捷」（旧ドイツ海軍「オッター」, de）や武装商船「江平」「江通」「江安」などを失って壊滅し、艦載砲13門が鹵獲されたほか、ソ連軍上陸部隊との地上戦闘も合わせて死傷250名・捕虜150名、陸上火砲21門鹵獲などの大損害を受けた。中国側のラハスス要塞は占領された。中国側はソ連艦2隻炎上・1隻撃破と航空機2機撃墜を主張したが、ソ連側の記録によると戦死5名・戦傷24名と軽微な損害であった。10月30日には、富錦攻略に来襲したソ連河川艦隊と中国江防艦隊残党の戦闘も起きており、このときも中国側は砲艦「江享」などを失って敗北した（富錦の戦い, zh）。ソ連側の記録では地上戦とあわせて中国軍の戦死300名、戦傷・捕虜数百名の損害を受けた。ソ連側の損害は、戦死3名と戦傷11名だったとされる。中国側の河川艦隊はほぼ全滅状態となったほか、一連の過程で商船9隻が拿捕された。主戦場となった満洲里方面では、中国側によると7月26日からソ連軍の砲撃が始まっていた。ソ連軍は戦車・航空機を利用して数度にわたる総攻撃を行い、11月には国境要地である満洲里、ダライノール、同月24日（ソ連側によると27日）にはハイラルを攻略した。11月17日夜に、ソ連軍は大規模な進撃を開始した。ダライノール守備を担当した中国軍第17旅（旅は旅団に相当）7千人は、一昼夜の激戦により将兵のほとんどが死傷、旅長の韓光第（かんこうだい）も戦死という大損害を被った。満洲里を守備していた中国軍第15旅もソ連軍に包囲され、旅長の梁忠甲以下の幹部は日本領事館に逃げ込んだ後、ソ連軍に投降した（満洲里の戦い, zh）。ソ連側の記録によると、ダライノールと満洲里の戦闘で中国兵1500人が戦死し、9000人以上が捕虜となったのに対し、ソ連軍の損害は戦死123人と戦傷605人であった。大砲30門・装甲列車2本などがソ連軍によって鹵獲された。ソ連軍によると27日には、ほとんど無抵抗でハイラルを占領した。博克図に中国軍の残存部隊が発見されると、ハイラルに進出したソ連軍航空部隊が、28日に博克図駅と中国軍部隊に対し爆撃を行った。綏芬河方面においては、中国側によると7月20日から砲撃と爆撃によりソ連軍が攻撃を開始し、12月までに数度の攻撃を行ったが中国軍の防御にあって侵攻できなかった。これに対し、ソ連側によると、ハンカ湖（興凱湖）方面の中国軍がイマン（現ダリネレチェンスク）へ侵攻したと称し、自衛名目でソ連軍の作戦は実行された。攻撃は沿海州軍団と第1太平洋狙撃師団によって行われた。11月17日に密山の爆撃が開始され、騎兵と歩兵の混成部隊が密山を占領した（zh?）。ソ連側の記録によると中国軍は1500名が死傷し、135名が捕虜となったほか、機関銃6丁・迫撃砲6門・馬200頭・大量の機密書類が鹵獲された。ソ連側の名目である「イマン侵攻に対する自衛」は、でっちあげであったとみられる。以上の一連の戦闘での中国軍の損害は大きく、一説によると戦死約1690人・戦傷約2210人・捕虜約6900人・行方不明約1800人に上った。ソ連側資料によると捕虜は9500人に達することになる。ソ連軍は、捕虜にした中国兵のうち数百-数千人を河川へ投げ込んで処分したとする説もある。