9月1日，南京军第37军再度对巴尔瑙尔发动了强大进攻。
凌晨时分，因为在先前持续九天作战中伤亡严重而退回哈萨克东北部三城进行休整的南京军第38师突然间连夜乘坐火车再度出击，一路风驰电掣，从克列库直扑巴尔瑙尔西南，苏军总指挥崔可夫敏锐地察觉到了这一点，火速调动其部第9集团军主力部队第44摩托化步兵师和第163步兵师前往巴尔瑙尔西南的kueta丘陵地带进行设防，苏军这两个师在先前激战中同样伤亡很大，兵力加起来已经不足一万，如果遭南京军第38师突然突袭，基本上抵抗不住，但崔可夫洞察先机，提前设下阻击线，再加上有丘陵地形可依托，苏军这两个师挡住南京军第38师是不成问题的，并且苏军也无需一直挡住，只需要再拖两天，瓦图京部第64军会抵达，苏军的不支局势会得到全面逆转；另一方面，通过经秘密途径得到的情报，崔可夫知道南京军第38师只是冯治安下一步作战计划里的次要力量，也是一个麻痹苏军的烟雾弹，真正的主力还是被冯治安刻意隐藏的第37师。南京军的主攻方向是在巴尔瑙尔的东北，因为卡通河在巴尔瑙尔东北处流过。
南京军第37军下辖4个师：第111师、第37师、第38师、第39师，这四个师“出身各不相同”，其中，第111师是蒋纬国新建的部队，彻头彻尾的南京军嫡系部队，第37师是冯治安的老部队，第38师是张自忠的老部队，第39师是庞炳勋的老部队，而冯张庞三人都出身于西北军，所以三人的三个师虽然大部分兵员都是在加入南京军后新补充的，中基层军官大部分都是南京军的少壮派，但不可避免的，这三个师还是带着西北军的烙印。蒋纬国基本上不对部下干厚此薄彼的事，不过，南京军老部队因为功劳很大，拥有武器装备的补充优先权，第37军内，第111师装备最精良，其余三个师都稍微逊点，冯治安是军长，肯定对自己老部队稍微“开点后门”，所以第37师战斗力其次，不过，第38师师长张自忠治军素来十分严格，因此第38师的战斗力也很强，第39师师长庞炳勋虽然也不能说是无能之辈，但确实年龄已大，整个人有点暮气沉沉、缺乏进取锐气，因此第39师战斗力不如前三个师，担任后方防御工作。第37军内，第、第38师攻城拔寨，第39师负责后方防御。对于这些内情，崔可夫是很清楚的，所以他判断冯治安下一波攻势中的真正主力是第37师。
更多的情报不断地被送到崔可夫面前：第37师在卡通河上游秘密地准备木筏，木筏上安装发动机。看到这些情报，崔可夫笑了：“不出所料。”他暗暗地松口气，接下来好办了。
获知崔可夫把两个伤亡严重的主力师从巴尔瑙尔城区调到城郊西南的kueta丘陵地带，冯治安神色复杂，他隐隐间判断出对手很可能察觉了自己的意图，但箭在弦上，不得不发了。
天亮后，南京军的攻击开始了。
上百架bf-109战斗机掩护着几十架ju-87俯冲轰炸机、ju-88轰炸机、麻雀攻击机破空而来，呼啸在巴尔瑙尔战场上空，很快，上百架苏军飞机飞来迎战，双方战斗机展开激烈的空中交锋，南京军的轰炸机和攻击机密切地关注着地面战场，重点轰炸攻击苏军的炮兵阵地。巴尔瑙尔战场距离乌拉尔山、距离东欧、距离苏联在乌拉尔地区的工业区已经不算特别远了，因此苏军的新出厂飞机也有少部分飞来参战。星落云散的空战中，中国空军机群艰难地夺取制空权，掩护轰炸机和攻击机打击地面苏军重要部位。弹落火起，苏军的几处炮群阵地纷纷陷入烈火雷霆中。
与此同时，滚滚的卡通河上，一支由木筏组成的“船队”正在乘风破浪地奋力前进着，第37师的两万余官兵根据冯治安的命令，准备顺着卡通河，从巴尔瑙尔城区的东北处绕过城区，迂回到城区后方，突破苏军的薄弱处，直接扑向新西伯利亚。
“弟兄们！加把劲！快点！”师长王治邦、副师长吉星文站在木筏上不断催促。
乘坐着木筏的官兵们人手一根木桨或一块充当木桨的木板，竭力地划着河水。卡通河发源于新疆境内，一路向北，官兵们顺流而下，木筏上安装着柴油发动机，加上官兵们手中木桨木板，因此速度很快，震天的枪林弹雨中，轻舟已过万重山。
上午十时许，第37师的“船队”开始通过巴尔瑙尔城区边缘的河段，猛然间，一bō_bō炮弹呼啸着破空而来，劈头盖脑地落在河面上以及河面上的南京军木筏群内，霎时炸开翻江倒海般的烈火狂澜。冰雹般的炮弹不断地落下，凌厉而精准，少数炮弹落在河流两岸土地上，炸起一团团火球和龙卷风般的尘土，大部分炮弹都落在河里，掀起了雨后春笋般密密麻麻的火球和水柱，河面霎那间沸腾起来、燃烧起来，大量河水在炮弹爆炸的震荡波中化为一道道拔地而起的水柱，使得原本静静流淌的卡通河犹如发生海啸的海面般，水柱林立、火球翻滚，炮弹落下来后，烈火怒绽、水柱腾空，震荡波推开一圈圈圆形的立体水墙，互相交错地向着四面八方排山倒海般呼啸而去，猛烈地冲撞着、澎湃着、翻涌着，场景犹如缩小了万千倍的暴雨中的小溪，而在水面上的南京军官兵们则像被小溪冲垮的蚂蚁群。震耳欲聋的爆炸声和水花声、水浪声中惨叫声不绝，大批官兵阵亡或受伤，有的官兵被炮弹直接命中，木筏以