С 29 июля по 2 августа отряд оставался на месте, ожидая подхода Сретенского полка, 6-й сотни Амурского полка и отдельного Забайкальского дивизиона, которые прибыли 1 августа. Вместе с ними пришел обоз нерчинских сотен с сухарями, сахаром и чаем.
2 августа была проведена вторая рекогносцировка с участием всех командиров прибывших частей, в ходе ее генерал Ренненкампф уточнил задачи частям, наметил позиции артиллерии.
В ночь на 3 августа отряд, соблюдая маскировку, бесшумно подошел на 2,5 версты к позициям противника, в готовности с утра перейти в наступление.
Во втором часу ночи в обход левого фланга китайской позиции выступила колонна в составе двух батальонов Сретенского полка и 6-й сотни амурцев под командованием начальника штаба отряда полковника Ладыженского. Маршрут обходящего отряда накануне разведал сотник Кубанского казачьего войска Арсеньев, который вызвался быть проводником.
В 6 часов утра отдельный Забайкальский дивизион в составе полубатареи (4 орудия) 1-й батареи под командованием капитана Али Ага Шихлинского и 2-й батареи (8 орудий) подполковника С. Мехмандарова выдвинулся на указанные огневые позиции.
Когда артиллеристы стали выпрягать лошадей и отправлять их в укрытия, раздался сильный взрыв, разорвавший на куски двух ездовых и четырех лошадей. Это был взорван фугас, заложенный китайцами в месте, удобном для размещения артиллерии.
Установив орудия, дивизион (без 4 орудий) открыл меткий огонь по китайским окопам, четырьмя ярусами опоясавшими перевал, и по огневым позициям их артиллерии, которая была вскоре подавлена.
Не выдержав уничтожающего огня дивизиона, китайцы стали покидать ярус за ярусом и скрылись в лесу.
Батальоны Сретенского полка перешли в атаку и сошлись с китайской пехотой в рукопашной схватке. Противник пытался сопротивляться, но когда их с тыла атаковал обходящий отряд, бросил свои позиции и бежал в лес. 1-я и 2-я сотни нерчинцев, находившиеся в общем резерве, начали его преследование.
За четыре часа боя сильный отряд китайцев был полностью разгромлен. Бросая убитых и раненых, орудия, ружья и боеприпасы, верхнюю одежду, не оказывая никакого сопротивления, противник в беспорядке отступил, а попросту говоря, бежал. Были захвачены 6 горных скорострельных пушек системы Витворта, изготовленные на заводах Круппа в 1896 году, четыре из них в шестиконной запряжке. Все зарядные ящики и передки загружены были унитарными снарядами; Противник успел увезти только прицелы.
По докладам самих китайцев, в Мергене (телеграммы потом были захвачены и прочитаны) перевал обороняли 5–6 тысяч солдат. На поле боя было брошено до 2800 убитых и тяжело раненных. Погиб командовавший китайскими частями на перевале генерал Чжун и начальник его штаба Джуй, убитый в рукопашной схватке капитаном Кушелевским, пал в бою племянник Цицикарского дзянь-дзюня Айгунский амбан-фын, командовавший в бою под Айгуном. Около трупа Чжуна нашли тело убитого европейца в китайской одежде. Раненые пленные показали, что это был англичанин, находившийся на службе у Чжуна.