双方再度交手
诺门坎位于中蒙边境地区，当时是伪满洲国和“蒙古人民共和国”的边界争议地区。1936年，苏联同“蒙古人民共和国”签订了《苏蒙友好互助条约》。
1939年5月11日，在诺门坎地区哈拉哈河畔，伪满军队跟伪蒙军队，在“国境”上发生了冲突。两天之后，23师团将情况报告给关东军司令部。司令部依据植田谦吉大将下发的《满苏边境纠纷处理纲要》做出决定，让23师团长小松原中将出兵坚决反击。小松原中将派了一个骑兵联队增援伪满军队，该联队的指挥官是东八百藏中佐。与此同时，苏联根据《苏蒙友好互助条约》也出兵外蒙古。1939年5月22日到24日，日本陆军航空兵跟苏联远东空军首次交战，苏联空军由于受大清洗等因素影响，战斗力下降，在首lún交战中吃了亏。日本飞机还轰炸了苏联远东的一些城市，不久，日本陆军航空兵掌握了制空权。
后来，朱可夫到了前线，他特别要求斯大林把参加过西班牙内战的老飞行员派来，不要菜鸟。因为日军航空兵并不落后，战斗力强大。5月28日，日本第23师团的骑兵联队成功偷袭了伪蒙军第6师师部，师长被击毙。但东八百藏中佐的部队马上遭到了附近苏军和伪蒙军余部的夹攻，苏联人出动了坦克和装甲车，东八百藏指挥的骑兵联队纵马挥刀冲向苏联坦克。马刀砍坦克这种事是上演过的，结果可想而知。5月29日，23师团骑兵联队全部被歼灭，东八百藏也阵亡了。
同时，山县武光大佐指挥的第23师团步兵64联队攻占了742高地，并且构筑了工事。当东八百藏的骑兵联队被全歼之后，山县武光的64联队遭到苏蒙联军的围攻。战斗一直持续到6月7日，伤亡惨重的64联队撤出战斗，归队的不足400人。日军一个旅团六七千人，下辖两个联队，一个联队怎么着得三四千人，日军联队相当于中国的团。64联队归队的不到400人，说明损失了大概90%的兵力。第23师团不属于两旅团四联队编制的甲种师团，属于三联队编制的丙种师团，一下子丧失一个步兵联队，可谓伤亡惨重。苏蒙联军方面，伪蒙军一个骑兵师受重创，师长死了，当然它一个骑兵师就千八百人，本来就是傀儡军，战斗力也不强。
战斗胜败很明显，相比苏蒙联军，还是日军损失惨重。可是，日军23师团得到补充后，竟然给上级发“捷报”，可见日本人非常擅长讳败为胜，一直到后来美国轰炸日本本土，把日本列岛都封锁了，日本国内民众才知道原来日军在前线一直打败仗。
不了解对手
关东军司令部收到23师团谎称的“捷报”，以为战争取得重大战果，马上报给东京大本营，东京大本营来电，先对胜利表示祝贺，然后暗示关东军扩大战果。所以，6月20日，关东军司令官植田谦吉大将下达了集结命令，23师团全部，第7师团26联队加28联队的一个加强大队，tiáo往诺门坎，同时把第2飞行师团tiáo到海拉尔。为了对付苏联的装甲部队，植田谦吉还把东北日军唯一的装甲部队，号称心肝宝贝的第一战车师团（驻地在公主岭），也tiáo到诺门坎一线。植田谦吉甚至还想从关内tiáo兵增援诺门坎，但由于被侵华战争拖住了后腿，未能如愿。
到1939年6月，关东军第2飞行师团部抵达海拉尔，各旅团也先后抵达。1939年6月22日，夏至这一天，日本120架战机跟苏联空军95架战机在哈拉哈河上空遭遇，日本30架战机被击落。
6月27日，关东军出动137架飞机，成功轰炸了苏蒙方面的塔木斯克机场，苏联远东空军受到重创。6月29日，日军第一装甲师团到达了诺门坎的集合地，23师团全部、第7师团也都抵达了集合地，完成了关东军司令部的部署。这时日军兵力包括第23师团的64、71、72联队，第7师团的26联队，再加上第7师团28联队的一个加强大队，被打残的东八百藏64骑兵联队余部，还有两个坦克联队、两个炮兵联队、两个工兵联队，外加一个飞行师团、一个汽车联队。重武器方面一共准备了212门火炮，包括反坦克炮128门、山炮24门、野炮60门；飞机182架；坦克82辆、装甲车26辆、汽车400辆。这就是日本当时尽最大可能拼凑出的机械化力量，当时关东军参谋辻政信坚信，凭借这些东西足以打败远东苏军。但是，日军根本不了解当时对手苏联是什么情况。
1939年6月1日，苏联后来被称为“胜利之神”的朱可夫赶到了前线，担任苏蒙联军的指挥官，也就是57特别军军长。他上任后，马上要求莫斯科给前线增加兵力。朱可夫打仗就是这样，跟蒙哥马利差不多，必须拥有绝对优势才会发动进攻。二战时，苏军、美军、英军、日军都是这样打仗，没什么战略战术，主要是拼实力，日军可能还有点儿巧劲儿，像苏美的军队就完全是拼实力，一线平推。反倒是德军的战术最jīng彩，穿chā、迂回、包抄，运用各种战术。
朱可夫要求莫斯科必须派三个步兵师、一个坦克旅，而且要加强炮兵和航空兵。莫斯科为了稳定东方，好好教训小日本，完全同意了朱可夫的要求，给他派来了21个荣获苏联英雄称号的飞行员和当时最先进的飞机。
1939年6月27日，日军第7飞行旅团100多架飞机空袭远东苏军的3个空军基地，事后报捷说击落飞行苏机99架，击毁地面苏机25架。但是，另一种说法是，朱可夫早就预料到这次空袭，放的都是飞机模型。实际上，直到7月，苏日两军的空战一直在进行，在苏军的增援兵力到达之前，日军是占据优势的。
中将差点儿要切腹
日本诺门坎前线的总指挥官、23师团长小松原中将制订了两岸夹击苏蒙军的作案方案。1939年7月1日，日军第7师团步兵26、28联队从哈拉哈河上游渡河进入西岸，攻占苏蒙军炮兵阵地，居高临下炮轰东岸苏蒙军阵地。然后23师团、第1战车师团和伪满兴安骑兵师正面进攻哈拉哈河东岸的苏蒙军，形成夹击，歼灭苏蒙军。26、28联队奉命渡过了哈拉哈河，由于兵力上占有优势，再加上伪蒙军准备不足，日军初步达到了渡河的作战任务。
但是，驻守的伪蒙骑6师进行了激烈抵抗，为朱可夫赢得了几个小时的宝贵时间。朱可夫火速赶到战场，连发三道命令，派重炮部队、装甲部队向日军反攻，并且派飞机轰炸日军。已经渡河成功的日军没有想到，苏蒙军在兵力处于劣势的时候会发动反攻。日本人在中国战场的经验是，一个大队打国民党一个师，向来是以少胜多，所以日军在兵力占绝对优势的时候，认为打赢没问题，没想到苏军兵力处于劣势时还敢反击。
苏军坦克装甲洪流滚滚而来，使日军付出了惨重的代价。很快，苏军突破了日军防线，装甲部队在朱可夫的指挥下迂回进军到了渡口第7师团26联队侧翼，切断了日军补给，直chā23师团师团部，23师团参谋长大内大佐阵亡，师团部岌岌可危，师团长小松原中将准备切腹，幸好一小队速射炮兵赶到，打退了苏联坦克，最后这个小队就剩下六个人、一门炮，小松原赶紧率部撤退到山上。
苏打水瓶成武器
当苏军坦克发动猛攻的时候，担任正面进攻的日本第23师团和第1坦克师团并没闲着，第1坦克师团的师团长安冈中将，在经过30分钟炮火轰击后，率领87辆中轻型坦克、37辆装甲车，在23师团步兵联队的配合下发动进攻，但很快被苏军挡住，始终无法突破苏军的防线。这是因为苏军的炮火很猛烈，装甲力量也占尽优势，相比之下，日军重武器非常缺乏，同时步兵、坦克协同作战能力不足，战术呆板。小日本的坦克装甲薄弱，是薄钢板用铆钉铆上的，苏联坦克当时已有了焊接装甲。另外，日军坦克的37炮、57炮，都是短管炮，射程很近，这种炮更多是用来支援步兵的，很难击穿苏联坦克的装甲，尤其是正面装甲。
而苏联还有喷火坦克，经常是小日本的炮打到苏联坦克上，人家都没感觉，接着往前开，冲到日本坦克面前，一喷火，把日本坦克烧掉了。日本士兵在跟苏联坦克决战过程中发现，他们唯一能够对付苏联坦克的武器是苏打水瓶子，就是往苏打水瓶子里面guàn上汽油，做成简易燃烧瓶。因此，当一支新的部队开往前线的时候，撤下来休整的部队给他们的最好装备就是这些空苏打水瓶。士兵居然要拿燃烧瓶对付坦克，仗打到这个份儿上，根本就打不下去了。