Kedua pihak saling serang menggunakan roket dan artileri.
Ini merupakan insiden terbesar setelah keduanya sempat konflik pada tahun 1990an.
"Ini merupakan perang hidup dan mati," kata Arayik Harutnyunyan, pemimpin Nagorno-Karabakh, wilayah otonom yang didukung Armenia.
Setiap langkah militer kedua musuh bebuyutan ini dimungkinkan dapat menyeret masuk kekuatan Rusia dan Turki.
Baca: Kontak Senjata Militer Armenia dan Azerbaijan Kembali Meletus Senin Pagi, 15 Orang Tewas
Baca: Turki Pastikan Akan Bela Azerbaijan dalam Konflik Lawan Armenia di Nagorno-Karabakh
Diketahui Moskow merupakan sekutu dekat Armenia yang memberikan dukungan negara ini ke pasar internasional.
Sementara Turki memiliki ikatan emosional dengan Azerbaijan yang mayoritas berpenduduk muslim.
"Kami belum pernah melihat seperti ini sejak genjatan senjata pada tahun 1990an. Pertempuran terjadi di barisan depan," kata Olesya Vartanyan, analis senior Crisis Group untuk wilayah Kaukasus Selatan.
Nagorno-Karabakh menyatakan kehilangan 53 tentaranya dalam pertempuran melawan pasukan Azeri (militer Azerbaijan), pada Senin (28/9/2020).
Baca: Konflik Armenia - Azerbaijan di Nagorno Karabakh, Amerika Serikat Minta Hentikan Permusuhan
Baca: Respons Internasional Atas Konflik Armenia-Azerbaijan di Nagorno-Karabakh
Meski demikian, ia menyebut tidak ada perebutan posisi taktis pasukannya selama pertempuran.
Ia menambahkan bahwa militer Azeri memulai serangan pada hari kedua di wilayah Matagis dan Talish, serta di sepanjang sungai Araks.
Di tempat terpisah, otoritas Azerbaijan menyebut dua warga sipilnya tewas pada serangan hari kedua.
Sampai berita ini diturunkan belum diketahui korban dari tentara Azeri.
Sebelumnya, Azerbaijan menyatakan darurat militer dan memobilisasi militer secara parsial, Minggu (28/9).
Baca: Pertahankan Wilayah Nagorno-Karabakh, Presiden Azerbaijan Iham Aliyev: Tujuan Kami Benar!
Baca: Seruan PM Nikol Pashinyan untuk Warga Armenia: Bersiaplah Mempertahankan Tanah Air Kita!
Begitu juga Armenia dan Nagorno Karabakh yang turut memobilisasi tentara serta sukarelawan para pria berusia 18 tahun untuk membantu mempertahankan negaranya.
"Bersiaplah untuk mempertahankan tanah air kita yang diberkati," kata Perdana Menteri Armenia Nikol Pashinyan menyerukan rakyatnya siap siaga untuk mempertahankan tanah air mereka.