1939年5月，日本的精锐关东军向苏蒙联军发动了诺门坎战役，16000人的部队在轰炸机的掩护下从伪满洲发起了进攻。战争爆发后，骄横的日本根本没把苏联人放在眼里，竟然主动进攻占有地形和装备等优势的苏军，结果败在了苏军的炮兵和坦克手中。
6月20日，日军第23师团全体出动，由师团长小松原亲自带队，2万多人浩浩荡荡向诺门坎进发了。同时出动的还有作为战略预备队的第7师团，这个师团是甲午战争和日俄战争中的双料王牌，被公认为是日军战斗力最强的部队，被誉为"国宝"的第一坦克师团，是全日本当时仅有的一个坦克师。此前从来就没舍得派上战场，这次也上了前线。
为了第二次诺门坎之战，日军日本关东军不惜动用血本。让关东军的航空兵主力，倾巢出动飞抵海拉尔机场。可他们料想不到的是，此刻他们的对手已经换成了一个更为凌厉的杀手，坦克战专家朱可夫。
7月4日，苏军将偷渡过河的日本关东军步兵主力击溃后，朱可夫将军开始腾出手来收拾正面的日军坦克。苏军两个坦克旅，以压倒一切的气势冲入日军战车群中。在7平方公里的战场上，近千辆各型战车相互厮杀，炮声隆隆，火光冲天，烟尘弥漫，爆发了亚洲战史上的第1次大规模坦克会战。
其中苏军的T-28、T-26、BT-6、BT-7坦克和BA-6、BA-10装甲车等各型现役战车相互配合，简直把诺门坎当成了新武器的试验场。打得日军八九式坦克，既无招架之功，更无还手之力。日军坦克和装甲车很快变成了一堆堆冒着黑烟的钢铁垃圾。
此战之后日军坦克部队基本瘫痪了，大本营赶紧下令，认为造价昂贵的坦克不宜再用。另外在正面鏖战的同时，关东军航空兵也出动了三个旅团，奔袭了苏联的塔木斯克机场，这是亚洲空战史上第一次大集群成功突袭敌方机场，战术上达到了出奇制胜的效果。
但随后苏军新型的伊-16战斗机投入战斗，并采用了当时世界上最先进的双机进攻队形，很快夺回了制空权。日苏首日交锋，便有6架日机被打得凌空爆炸，多个王牌被陆续击落后，日军的飞机更多时间只能待在地面上了。
两年后太平洋战争开始时，日本陆军号称有6个飞行师团，终战时有16个飞行师团。但实际上陆军航空兵的精英早在诺门坎战斗时，就已经消耗殆尽了。在这场战争中，日军的第二飞行集团几乎全灭，被击落击毁飞机166架，死残飞行员47人，而且几乎全是佐级飞行员。
7月23日不甘心的日军又调集三个重炮联队参战，发起了第3次进攻。有趣的是日本还专门邀请德国军官观看这次战役，从而向"盟友"展示军威。苏联面对欧洲的紧张局势，为避免将来两线作战，斯大林指令朱可夫抽调苏军最精锐的装甲部队和航空兵，力争一战打败日本。
所以双方在飞机、坦克、大炮乃至步兵兵力上，苏军全部占有优势。于是日军的重炮群被苏军彻底压制，再次失败。德国军官毫不留情地评价日军："只有一战时的水平。"
8月20日苏军发起了反攻，日军惨败。一直自诩战无不胜的日本关东军，彻底颜面扫地，但也只能派人前往莫斯科和苏联谈判。苏联人也怕关东军和自己拼命，所以双方各让一步，两国达成和解。日本关东军虽然不甘心，但无法改变结果，只能罢兵言和。
其实在这场战役中，日军犯了两个愚蠢的错误。一是骄傲自大，严重低估了对手，在装备兵力都不足的情况下，悍然发动战争，又遇到一代名将朱可夫最终导致惨败。二是采用了步兵包抄坦克的愚蠢战术，甚至在广阔的平原中试图夜袭敌军，结果在苏军的炮火下死伤惨重。日本是海权国家，苏联是陆权国家。海权国家最厉害的是海军，最弱的是陆军；而陆权国家最厉害的是陆军，最弱的是海军，而日本以自己最弱的陆军来对抗苏联的最强陆军，不败才是怪事。
不过这一战对苏联来说，是一定要打胜的。如果惨败，日后将两面受敌。斯大林很清楚这是日本人的战术试探，如果败了日军就会乘胜而入。所以必须要打胜，派朱可夫去时也是命令不惜一切代价，打败日本人。此役决定了日本政府的战争走向，于是珍珠港事件爆发了。