С середины мая на Халхин-Голе развернулись бои с использованием бронетехники, артиллерии и авиации. Правда, численность вовлеченных в боевые действия войск на тот момент не превышала нескольких тысяч человек. Решительного результата ни одной из сторон добиться не удалось, однако японская авиация быстро и уверенно завоевала господство в воздухе. Японские пилоты-истребители обладали опытом в воздушных боях в Китае, и советские летчики в Монголии не могли им противостоять на равных.
Неоднозначные результаты первых боев заставили советское руководство принимать срочные меры. Уже 29 мая из Москвы самолетами в район конфликта отправились лучшие авиаспециалисты и опытные летчики (в том числе 11 Героев Советского Союза) во главе с начальником ВВС Красной Армии комкором Я.В. Смушкевичем. Также на Халхин-Гол был направлен Г.К. Жуков. Первоначально он направлялся в качестве наблюдателя, но уже в начале июня занял место командира 57-го особого корпуса. Вскоре корпус был переименован в 1-ю армейскую группу.
В середине июня 1939 года японское командование спланировало наступательную операцию с целью разгрома советских и монгольских войск. План предусматривал переправу через реку и выход по западному берегу в тыл монголо-советской группировке на восточном берегу Халхин-Гола. Предполагалось, что для реализации этого плана достаточно будет одной усиленной танками и артиллерии дивизии. Общее руководство операции поручалось генералу Комацубаре.
В течение июня стороны накапливали силы и вели воздушную войну. К началу июля советские ВВС завоевали качественное и количественное превосходство в воздухе, доведя свою авиационную группировку до 280 самолетов, в основном новых типов. Японские ВВС на Халхин-Голе к началу боев насчитывали около 100-110 машин.
Японское наступление началось 1 июля 1939 года с захвата господствующих высот примерно в 20 километрах к северу от занимаемого советскими и монгольскими войсками плацдарма. 2 июля были захвачены переправа через реку Халхин-Гол и высоты Баин-Цаган на ее западном берегу. Однако переправочные средства японцев не позволили им переправить танки, и последние участвовали только в сковывающих атаках на советско-монгольский плацдарм. Тем не менее наступление в тыл главным силам 57-го корпуса могло привести к самой настоящей катастрофе. Реакция Г.К. Жукова была незамедлительной – высоты Баин-Цаган были атакованы танками. Контрудар готовился в большой спешке, танки и бронеавтомобили вступали в бой с ходу, без предварительной подготовки и поддержки пехоты. Однако обстановка требовала нанести удар по японцам как можно скорее. В итоге из 133 танков и 59 бронемашин, задействованных в контрударе, было потеряно 77 танков и 37 бронемашин. Несмотря на потери, наступление противника застопорилось: японская пехота не успела выйти в тыл советским войскам на восточном берегу Халхин-Гола. Вскоре японцы были вынуждены эвакуировать