修正第二案では小歩危ダムの規模が高さ106.0メートル、総貯水容量1億6,500万トンに縮小され、代わりに早明浦ダムの規模が高さ72.0メートルから高さ80.0メートルに高直しされ、総貯水容量も1億4,700万トンから1億8,800万トンに拡張されている。目的については原案と同一である。
1937年から1939年におよぶスターリンによる赤軍の大粛清を生き残り白ロシア軍管区司令官代理としてミンスク地区に赴任した。その頃極東では大日本帝国が樹立させた満州国とモンゴル人民共和国の国境地帯において、日本の関東軍との間に何度も小競り合いが起きていた。1939年5月ジューコフはモスクワに呼び出されモンゴルに移動し現地軍の視察を命じられた。ジューコフの任務は現地部隊の失策の調査も兼ねており、国防人民委員部による粛清の手先としての役目をおびていた。当時日本軍と戦っていたのは第57特別兵団を指揮するフェクレンコだった。国防人民委員のクリメント・ヴォロシーロフは第57特別兵団司令部の任務遂行ぶりの調査をジューコフに命じ、指導に欠陥があれば改善措置を取れる権限を与えた。モンゴルの第57特別兵団司令部に到着したジューコフは現地の指揮官から情報を収集し、日本軍の大規模攻勢に備えハルハ河右岸を守備するとモスクワに伝えた。同時にジューコフは現地軍司令部の戦闘は極めて不適切だと評価した報告書を国防人民委員部に送っている。国防人民委員部はジューコフの防衛計画を承認、フェクレンコを解任しジューコフを第57特別兵団長に任命し空軍と砲兵の増強を承認した。ジューコフは規律の回復を鮮明に打ち出し、軍規違反で二人の兵士を銃殺刑にした。6月になると日ソ両軍の航空戦が開始され日本軍はハルハ地区に戦力を集中、ジューコフも戦力を集め決戦準備を整えた。関東軍にとって最初は、ソ連の国境防衛能力を試す意図があったが、急速に大規模な戦闘に発展したことを受け、最終的に戦車500両以上、航空機500機以上、兵員数万人が投入されることとなった（ノモンハン事件、ソ連側の呼称・ハルハ河の戦闘）。関東軍がハルハ河を渡りバイン・ツァガン山とその地続き一帯を占領すると砲兵、爆撃部隊、機械化部隊を集中して奪還した。日本兵は渡河地点へと退却したが機械化部隊の追撃で壊滅的な打撃を受けた。バイン・ツァガン山とハルハ河西岸から関東軍は放逐され、バイン・ツァガン山での戦闘は諸兵科連合戦闘の古典となった。7月の戦闘中、国防人民委員代理のグリゴリー・クリークが視察に訪れた。クリークは東岸の部隊を西岸に退かせよとジューコフに命じたが、モスクワの参謀本部は部隊の撤退を中止するよう命じた。ヴォロシーロフはクリークに第57特別兵団の指揮系統に干渉するなと叱責した。国防人民委員部はグリゴリー・シュテルンを司令官とする戦線集団を創設し、第57特別兵団を指揮下に加えた。しかしジューコフはこの処置に猛反発し、第57兵団は第1軍集団に改組され、シュテルンの指揮系統から独立した。ジューコフは正式に師団長から軍団長へと昇進し、はじめて一軍の指揮を任せられた。事前の入念な作戦準備、特に後方の整備と兵站を非常に重視していたジューコフはまず輸送体制を組織し、充分な戦争資材が集積されるのを待ったのち、1939年8月20日より関東軍に対する反撃を開始する計画をたてた。一方で計画書をモスクワに提出したのはシュテルンであり、ジューコフが計画策定に加わっていたかは定かではない。軍事会議の要請で作戦遂行のために第1軍集団にはソ連国内から新兵力、技術資材の予備が投入され、歩兵2個師団、戦車旅団、砲兵2個連隊その他の部隊が補充輪送された。また爆撃および戦闘機空軍も強化された。膨大な燃料と武器弾薬を輸送するため8月14日以後になってソ連国内からさらにトラック2150台、油槽トラック375台が補充され、ザバイカル軍管区の全面的な支援もありジューコフは期日通りに輸送と補充を完了させた。ジューコフは関東軍が精鋭戦車兵団や自動機械化部隊を持たないことを利用し機械化兵力による包囲殲滅戦を試みた。攻勢を秘匿するためあらゆる欺瞞工作を実施し、各部隊の移動は夜間にのみ実施された。夜間の移動はすべて飛行機の爆音や砲、迫撃砲、機関銃、小銃射撃などによる偽音を使って誤魔化し、全ての移動は関係部隊が打合わせた厳格な予定表に従って行われた。砲兵の支援のもと、自動車化された歩兵と、2個戦車旅団が戦線の両翼を進撃する大胆な機動を行って第6軍を包囲し、第23師団を壊滅させるなど大打撃を与えた。2週間の内に関東軍は撤退し、その後、国境線はソ連・モンゴルの主張に近い形で確定された。この功績により、ジューコフは「ソ連邦英雄」の称号を与えられた。しかしソ連以外では、この戦いはあまり知られず、ジューコフの機械化部隊の機動的運用という革新的戦術も、当時の西欧諸国に注目されることはなかった。この戦術が周知になるのは、後のナチス・ドイツによるポーランドやフランスへの電撃戦を待たねばならなかった。ノモンハンでのジューコフの功績は世界に知られ、歴史家から高く評価された。歴史家ウィリアム・スパールはジューコフの成功をカンネに例えている。ジューコフはカンネの戦いを再現した。ハンニバルがテレンティウス・ファロ率いるローマ軍を破ってから二千年の歳月を得て乾いたモンゴル草原の幅74キロ、長さ20キロの戦場で両翼包囲を成功させた。歴史家オットー・プレストン もジューコフの将才と資質を称賛した。この戦闘（ノモンハン）において作戦指揮に自分の流儀を確立した。強い指導力・大胆な攻撃・革新性・陸空の巧妙な連携・必要なら膨大な犠牲もいとわない覚悟が彼の持ち味だった。強い重圧下でも平静を保ち状況を完璧に把握できた。こうした資質がソ連を勝利へと導いたのだ。