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(今长春)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22-24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。这是亚洲史上首次发生的大规模空战。此后，苏联依靠雄厚的军事实力，战机不断增多，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。
