В ночь на 21 июля две сотни 4-го и 6-го батальонов на двуколках выступили на Хайлар и к утру заняли его. Главные силы отряда вошли в город к обеду. Было захвачено большое количество продовольствия и других запасов: 20 000 пудов муки, овса, проса, соли, вермишели, мыла, свечей; более 3000 цибиков чая; много овчин, различной материи, табак и прочие товары.
Осматривая одну из кумирен, офицеры обнаружили рядом с ней три обезглавленных трупа забайкальских казаков. Эти казаки ушли в разведку и не вернулись, считались пропавшими без вести. Числился погибшим или пропавшим без вести и казак Алексей Буторин, который вместе с тремя погибшими товарищами, находясь в разведке, был отрезан от своих, но, проявив величайшую выдержку, смекалку и храбрость, сумел благополучно добраться к отряду. Сметливый, расторопный и лихой казак, знающий монгольский язык, как разведчик, Буторин стал любимцем Хайларского отряда.
23 июля командующий войсками Приамурского военного округа телеграфировал: «По карте не успеваю следить за орлиным полетом Хайларского отряда. Поздравляю с победой и лихим занятием Хайлара. Слава Забайкальскому казачьему войску! Слава и поклон его наказному атаману. Хайларскому казачьему отряду и его предводителю ура!!! Гродеков».
Главным итогом боя при Онгуни стало то, что важный в стратегическом отношении населенный пункт — город Хайлар — был взят казаками с минимальными потерями.
Создалась надежная база снабжения отряда и других войск, проходящих через Хайлар, за счет захваченного продовольствия и других материальных средств.
Противнику были нанесены большие потери в живой силе. Разгромлен 10-тысячный, хорошо вооруженный отряд ихэтуаней и регулярных китайских войск. При этом в бою у Онгуни участвовали только 4-й и 6-й батальоны Забайкальской казачьей пешей бригады, 3-й Верхнеудинский казачий конный полк, 2-я Забайкальская казачья батарея; 18-я Терская сотня охранной стражи. Всего 2450 штыков и шашек при 6 орудиях.
Победа при Онгуни имела еще и политическое значение. Несмотря на хорошие отношения монголов к русским, опасность вступления Монголии в войну с Россией на стороне Китая сохранялась. Обстановка на юге Забайкалья была напряженная. По сообщениям русского консула из Урги, стало известно о приготовлениях Монголии на русско-монгольской границе. Монгольские отряды в 1000 человек, вооруженные американскими карабинами, находились на реке Керулен, в Улясутае, в других местах. Лазутчики доносили, что идет усиленная заготовка лошадей для войска. Русские деньги перестали принимать в качестве податей в Урге. Усилился пропускной режим на русско-монгольской границе. Из всех разведывательных данных, собранных за 1899–1900 годы, следовало, что Монголия не была равнодушна к событиям на Востоке, кое-какие приготовления к войне проводились, и неизвестно еще было, как она поведет себя дальше.