通过空战和对地面机场的侦察，日军航空队发现了苏联空军的大幅度增兵趋向，并由此判断，当时苏联战机的数量已经超出日军。
关东军司令部真有个好婆婆的样，为了帮助第23师团取得制空权，植田第一时间便下令再增派一个飞行战队，在海拉尔组成第12飞行团，其中第10战队为侦察和轻轰炸机战队，第11、12战队为战斗机战队。
5月24日，第12飞行团长东荣治少将奉令从哈尔滨进驻海拉尔，对今后的空中作战进行统一指挥。
东荣治一到海拉尔，便着手建筑野战机场群，部署空、地勤部队，摆出了放手一搏的架势。5月24日这一天，日苏飞行员们再次在诺门罕的空中展开惊心动魄的大血拼。地狱绝杀：当关东军遇上苏联红军下载苏联空军预定以战斗机大队的形式，组织“燕子”与“黄莺”联合作战。因伊-15飞行速度较慢，伊-16大队提前到达了集合空域，可是等了很长时间都不见伊-15大队的踪影。没有同伴联手，伊-16大队也少了底气，于是决定返航。
即便在返航途中，仍没有遇见一架伊-15，飞行员们又惊又疑。直到回到机场，一查询他们才知道，伊-15大队在前往集合的路上，已遭到日机攻击，所有战斗机一架不剩，全部被击落！
苏军遭遇到了参战以来最为惨痛的一次失败。其实他们不是完全没有机会，日本航空兵原先只在关内与苏联志愿空军交过手，但当时的战斗规模很小，也因此对苏联空军的实际作战水平并不掌握。大动干戈的诺门罕空战，迫使双方都不得不使出浑身解数，航空兵们这才感到苏联空军不好对付。
苏联空军的失败，在相当大的程度上，并不是败给对手，而是败给了自己。空军系统中展开的肃反，包括苏联空军主任、副主任、远东地区空军主任在内，苏联空军中四分之三的高级将领遭到清查，最早一批掌握先进空战思想和指挥能力的人被扫荡一空。
到诺门罕空战爆发时，只好由一名少将临时主管空军。由于调配无方，空军上层机构重复而臃肿，指挥体系混乱，很多有经验的老飞行员被分配给各级陆军使用，没有能迅速集中起来。直接在前线作战的多位年轻飞行员，他们受到的飞行训练质量很差，缺乏这种高强度空战应具备的飞行技术和战斗技能。
反观日方参战的第11、12战队，航空兵们均是通过“精兵主义”训练出来的老手，飞行时间多在一千小时以上，同时还具备较为丰富的作战经验。
第11战队参加了许多较大规模的侵华战役，从九一八事变开始，到长城抗战、七七事变，由此得以培养出一批以筱原弘道为代表的王牌飞行员。
筱原弘道的飞行和格斗技术熟练刁钻，在前两轮诺门罕空战中，他因一人击落9架伊-15而一举成名，是关东军直至日本陆军航空队的头号王牌。
第24战队的突出之处则是战队的指挥能力，其战队长原来供职于陆军航空本部，两个中队长也都是飞行教官出身，空中指挥游刃有余，特别善于抓住战机。伊-15大队还未到达集合空域，便遭到日机全歼，恰如其分地反映出双方在指挥能力和应变上的差距。
短短两天之内，两个战斗机大队先后覆没，给苏联空军造成了沉重打击，飞行员们的士气陷入低迷之中。
土豆坦克
5月24日，松本卫生队前往诺门罕的行程才进展到一半。
在被主力甩开后，已没人给卫生队带路或指引方向，他们只好硬着头皮，沿草原上留下的车轱辘印往前挪。
卫生兵不是野战兵，野外长途拉练并不是他们的强项。行军队伍中，笑声渐渐不见了，代之而起的是人人脚上磨出的水疱，以及背包的压力。这个时候，松本倒宁愿坐在卡车上冻一冻，毕竟三个小时的熬煎总好过三天的折磨。
看到运输卡车从身边不停掠过，却不能捎上自己一段，卫生兵们牢骚满腹，有人忍耐不住，朝着卡车的背影破口大骂：“混账王八蛋！”
呼伦贝尔的气候开始显露出它的狰狞：中午气温超过三十度，可是晚上还不到十度，可谓一边是火焰，一边是冰窖。
白天汗流浃背，犹如在烈日下烤人肉串，卫生兵们所带的水壶摸上去滚烫，连壶里的水也跟烧开了差不多。到了晚上，却又被冻到四肢僵直，早上浑身酸痛，怎么爬也爬不起来。尤其到最后两天，水壶已空空如也，士兵们一边走，一边朝着天大喘气，仿佛一群被冲到岸边脱离水面的鱼。
卫生队22日出发，26日才到达诺门罕，中间整整花了四天时间。在野外宿营地，他们意外发现了一条小河，众人也不管水能不能喝，就像牛一样趴在岸边，咕嘟咕嘟地把自己给灌了个饱。
松本感觉是小河挽救了他和整个卫生队，灌下肚子的水“从脑门顶一直甜到脚后跟”。
1939年5月26日，小松原师团长离开海拉尔，前往诺门罕进行检查。
这时关东军高级参谋辻政信已坐镇于海拉尔。在小松原动身出发之前，辻政信亲自越境做了一次侦察，以避免再出现“60人”那样的错误，回来后，他用肯定的语气告诉小松原，经过他的反复侦察，确定河东的苏蒙军只有四百人，而且没有什么重武器。
辻政信看得起中国兵，并不表明他就看得起苏联兵和蒙古兵。他曾说过，假如持相同武器，日本兵排第一，中国兵排第二，苏联兵充其量位居第三。
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