蒙军第7国境哨所50余名骑兵，攻占设在争议地区的伪满锡林陶拉盖哨所。
5月13日晚21时，日本关东军第23师团搜索队队长东八百藏中佐，奉命率104名骑兵和90名装甲兵，到达距诺门罕尚有80多公里的甘珠尔庙，派出侦查兵进行作战准备。
关东军司令部将驻齐齐哈尔的飞行侦察第10战队、海拉尔飞行第24战队、关东军汽车队的运输汽车100辆，归23师团指挥、使用。
5月14至15日，东八百藏部队在5架日机的配合下，向哈拉哈河以东的蒙军742高地攻击。
蒙军居于劣势，战斗的过程中蒙军伤亡30余名，主动撤向河西。
5月17日，东八百藏率部队，返回海拉尔。
苏联政府依据《苏蒙互助协定》而介入，立即将第11坦克旅开往哈拉哈河地区，同时命令驻在乌兰乌德的摩托化步兵第36师一部向哈拉哈河集合，并将第57特别军司令部，从乌兰巴托迁到距哈拉哈河125公里的塔木察格布拉格，苏联的飞机也不断在战事地区集合，并在诺门罕地区飞行侦查。
蒙军骑兵第6师又渡过哈拉哈河，架起浮桥。
1939年5月28日拂晓，由山县武光大佐负责指挥的第64联队一部约1058人、东八百藏中佐搜索队约200人及伪满兴安骑兵第1、2、8团各一部，分三个方向围攻蒙军……
结果，被苏蒙军击败，日军搜索队战死115人、失踪81人，几乎全军覆没，东八百藏本人也被击毙；而日军山县部队战死151人、生死不明92人，伤亡率为20……
……
6月18日，朱可夫被苏军统帅部任命为第57特别军军长。
朱可夫到达塔木察格布拉格后，开始集结兵力，储运军需，在塔木察格布拉格、桑贝斯等地开辟野战军用机场，苏战斗机开始在空中与日机周旋。
6月19日，苏机轰炸阿尔山、甘珠尔庙和阿木古郎附近的日军集结地，500桶汽油被炸起火。
6月20日，第23师团全体出动，小松原带着2万人向诺门罕进发。
关东军司令部调第1坦克团和第2飞行集团支援第23师，共有12个步兵营、70辆坦克、180架飞机。
6月21日，日军第2飞行集团团长嵯峨彻二中将把他的司令部从新京（即长春）迁至海拉尔，调来4个飞行团，集中17个战斗轰炸、侦察机中队。
6月22日，苏军出动150架飞机空袭甘珠尔庙、阿木古郎将军庙一带的日军集结地和野战机场，日机也倾巢出动。
双方从22至24日，在诺门罕地区上空大战3天，近60架飞机被打落在草原上。
此后，苏机不断增多，而且出现新型战斗机，日军则逐渐丧失主动权，处于被动挨打的地位……