SB-2 是一款极为优秀的高速双发轰炸机
日本方面也始终没有停下增兵的脚步。5 月 24 日，第 11 飞行战队（the 11th Sentai）的两个中队（chutai）带着 20 架 Ki-27 飞抵海拉尔。三天之后日本人已经可以在哈勒哈欣河上空拍出 64 架飞机的庞大集群。而苏联人虽然在蒙古拥有 203 架战机，但是绝大多数准备不足，远水解不了诺门罕的近渴。
在双方空军部队磨刀霍霍之时，地面上的红星却已经渡过了哈勒哈欣河，还在东岸建立了坚固的桥头堡阵地，静等旭日章下的野兽们过来撞个头破血流，深感“皇军”面子被熊狠狠抓了一把的日本陆军，正在集结力量准备给苏联人一个大大教训，当然日后的战役发展证明，这个教训在天上或者地下，恰恰都是给日本人自己的。
虽然地面作战打得有声有色，天上的红星却被旭日的光辉彻底遮蔽了光彩。在 5 月 28 日这一天，3 架 I-15Bis 在哈勒哈欣河上空撞见了一群日本战斗机，仗着人多始终，日本战斗机在几分钟内连中三元，上演了空中帽子戏法。
这一天晚些时候，又有十架 I-15Bis 被日机偷袭，18 架 Ki-27 躲在高空，看准目标后呼啸而下。苏联战机虽然奋起反击，怎奈高度和速度优势都不在自己一边，最终被击落六架，另有一架 I-15 勉强迫降，本以为逃过一劫，没想到日本人不依不饶，俯冲而下轮番扫射，最终将这架 I-15Bis 打成一堆火焰。侥幸生还的 I-15Bis 中还有两架严重受损，只能在最近的前线机场迫降，落地后便报废了。而打得苏军只剩一架全身而退的日本人自己却是毫发无损。
看着空中的红星逐渐暗淡，红军的高级将领也是心急如焚，尼古拉.凡克尼科夫 （Nikolai Feklenko，始终混不上去的倒霉蛋，卫国战争中多次被撤换，42 年到 43 年打得最激烈的时候被送去后方当了坦克装甲车训练中心主管）红军第 57 特别军（the 57th Special Corps，日苏开始在满蒙边境发生摩擦后，后贝加尔军区派往蒙古的部队）司令亲自上书莫斯科报告日本航空部队在诺门罕上空占尽优势、横行无忌。结果，6 月 2 日他以“丧失战斗意志”的理由被撤换，继任者朱可夫上任伊始便着手将士气低落的部队改编为第一集团军（the 1st Army Group，但是在苏联军事编制中，这个等级应该是“Front”）。
Nikolai Feklenko
实际上，莫斯科早就对苏联空军在诺门罕的糟糕表现有所耳闻，也已经计划好如何扭转颓势。与新任司令员一同抵达蒙古的还有大批参加过西班牙内战和苏联援华支援航空队的资深飞行尖子。针对之前驻蒙古的苏联空军部队机构臃肿，指挥体系混乱的问题，莫斯科将西班牙战场上的飞将军雅科夫.斯穆什克维奇（Yakov Smushkevich，日后的空军元帅）调到蒙古，将整个航空部队交由他全权指挥。
雅科夫.斯穆什克维奇 Yakov Smushkevich，两次苏联英雄，未来的空军元帅
1938 年雅科夫的座机
在精兵强将齐集哈勒哈欣河的同时，大批新式战机也从苏联各地汇聚而来。1939 年 6 月 21 日，诺门罕上空的空军力量天平已经毋庸置疑倒向苏联这边：301 架红星战机和他们士气高涨磨拳擦掌的驾驶员时刻准备着痛殴河对面后劲不足的日本鬼子，后者手里战机只有区区 126 架，还不到苏军的一半。
1989 年版蒙古地图
仗打到这个时候，苏日双方都明白谁占有空中优势，谁就更可能取得最终的全面胜利。当苏日双方都已经再也挤不出哪怕一架的增援时，所有人都清楚，6 月22 日开始的殊死拼杀将决定最终是红星和旭日谁将闪耀哈勒哈欣河上空。这一天，苏联人派出了 56 架 I-16 和 49 架 I-15Bis 组成的庞大机群，日本方面则声称有超过 100 架日本战机参与了当天的空战，但大家想象中的一锤定音并没有出现，结果接下来的几天，100 多架战机的大规模混战成了诺门罕上空的家常便饭。
现代重演的 I-15Bis 与 I-16 编队
鉴于人力物力方面的差距，日本方面最不希望看到的就是被顽固的苏联人拖入消耗战，看到单纯派出大机群于事无补，日本陆航的指挥官们想到了一个釜底抽薪的伎俩，那便是出动爆击机摧毁苏联人的机场。
6 月 27 日，9 架 Ki-30 九七式轻爆、9 架 Ki-21 九七式重爆和 12 架“イ式重爆”，也就是菲亚特 B.R 20 在 74 架战斗机的掩护下扑向三座苏联机场。苏联人之前并没有想到日本人敢大规模深入蒙古领空，机场的防备并不充分，但基本如此，日本人的偷袭也只在其中一处得手。
塔木察格布拉格 Tamsagbulag 的地图
而偷袭另两座机场的日本机群就没有这么好的运气，好不容易长途奔袭到苏联机场上空，人困马乏的日本战机受到了猛烈地面火力和严阵以待的苏联战斗机的双重“欢迎”，被打得落荒而逃，炸弹都被丢到蒙古大草原上挖坑去了。虽然实际斩获聊胜于无，但日本国内的宣传机构却开足马力大造舆论，鼓吹“神佑的大胜”。
此时的日本宣传机构在造假方面已经达到了太平洋战争末期的水平，全日本的报纸上都白纸黑字的登载出“地面摧毁 49 架苏联战机，空中击落 99 架”的“空前战果”。这个数字远远超过被袭击的三座苏联飞机场停放的战机的总和。苏军的实际损失只有 20 架，其中还有一部分战机最终得到修复，而日军的损失包括被击落和击伤的也差不多是 20 架。
有人说虚报战果是各国各时期军队的通例，话是不错，但是就怕这种牛皮吹的太大，连自己人也忽悠住。可惜日本陆军就属于能被自己人卖了还兴高采烈的笨蛋。听说陆航取得空前胜利，地上的关东军盘算着红色空军被一气吃掉近一半，损失近 150 架战机，必然是伤筋动骨，估计要缩回蒙古腹地好好疗几天伤。一想到在没有 SB 在头顶上投下死亡，关东军立马来了劲。
7 月 3 日凌晨，关东军第 26、28 两个联队在小松原道太郎（Michitarō Komatsubara）的带领下偷渡哈勒哈欣河，摸上了巴英查岗（Bain Tsagan Hill）。看着日本人仿佛从地底下钻了出来，蒙军骑 6 师被打得措手不及，天还没亮就被追到巴英查岗西北的地方。好在驻蒙古的苏联总顾问阿福宁上校 7 月 2 日夜游巴音查，发现日本的夜袭，立刻跑回第一集团军司令部将这一紧急军情报告朱可夫。