诺门罕战役发生于1939年5月4日，同年的9月16日结束，历时135天。1939年5月，日本关东军首先在诺门罕一带进攻蒙古，企图把蒙古作为下步侵入苏联远东地区的跳板，进而实现其蓄谋已久的“北进计划”。5月14日，苏联政府加入这场战争。至9月15日签订停战协议，以日军失败告终，史称“诺门罕战争”。诺门罕战争是二战初期苏、日两军在亚洲一场规模较大的作战，前后历时近半年，双方动用了十几万精锐部队和除海军外几乎所有的现役装备，苏军最终完胜日军。
在此次战役中，由于日军盲目自大、轻视苏联军队的战斗力，导致在情报收集上没有能够实事求是，没有能够得到充分的情报，甚至对有价值情报置之不理。这是日军失败的重要原因。
1937年到1938年，苏联进行了震惊世界的大肃反运动，重点是对军事机构的干部特别是高级干部进行大规模清洗。这次清洗是斯大林一个时期内实行极左路线的表现，对苏军建设带来了灾难性的后果。苏军中一大批杰出的军事将领惨遭杀害。
著名的图哈切夫斯基元帅、叶果罗夫元帅、布留赫尔元帅都先后被捕并被处决。红军总政治部主任马尔尼克是红军政治工作的重要创建人，他在安全部人员逮捕他的时候开枪自杀。智勇双全的军团司令科夫丘赫于1938年7月被枪决。苏联著名元帅朱可夫的上级雅基尔（当时任基辅军区司令）、乌鲍列维奇（当时任白俄罗斯军区司令）和老军长塞尔基奇都先后被枪决。就连在西班牙任军事观察团团长的扬.别尔津将军也被押回国内执行枪决。
在这个时期里，新补充进来的炮兵不知道如何开炮，新补充进来的步兵连靶都没有打过，很多人连开枪的基本动作都没有学过。在所有的步兵部队里，练习过刺杀的士兵不到20%。隐蔽训练基本上没有开展过。新任命的军官也没有什么战争指挥经验。
另外，日本军阀从心眼里看不起苏联红军。1904年至1905年的日俄战争，沙皇陆军屡战屡败，海军全军覆没于对马海峡。在1919年至1921年的俄苏内战时期，日军一度占领了西伯利亚的部分领土。后来苏维埃政权稳固，日军才撤回。所以关东军从开始就趾高气扬，一心想找一个或者造一个“柳条湖”(即过去的柳条沟)事件，袭占苏联或蒙古领土，击溃苏蒙军队。其最低目标是占领伊尔库茨克以东的苏联远东领土。如果得手，则一直向西席卷，与希特勒的纳粹德军沿某条双方议定的界线分割苏联。
日本通过收集情报，错误估计苏联内部政治形势，认为“大肃反”后，有能力和经验的指挥官基本被清洗掉了，此时的苏军已不足为虑，毫无理由的轻视对手。狂妄地宣称日军一个师团可以对付苏军3个师。关东军各部队好战情绪被激发起来，据战后日军心理机构调查表明：“几乎所有参战的日本士兵都热切盼望与苏军交手，90%以上的军官对苏军情况一无所知，却毫无理由地轻视对手。”当时日军整个处在一种病态的“亢奋”中蠢蠢欲动。
日军在战前情报收集中，没有收集到苏联军队装甲部队的战斗力情况，未能充分认识到苏军重型装甲部队的实力，盲目的以轻型坦克死拼苏军，致使顺势惨重。另外日军的情报也没有对苏联指挥官的背景和能力以正确的认识。这次战役日军遇到的是苏联杰出的军事统帅朱可夫，和朱可夫相比，日军的统帅在指挥大兵团作战能力上差距不小。
1939年5月27日，日军向苏蒙军发起攻击，第23师团骑兵联队和重装甲车部队虽包抄奇袭蒙军指挥部得手，但很快被苏军坦克包围，一交手，关东军便尝到了苏军的厉害，日军的重装甲车厚度较小，根本不是苏军坦克的对手；日本骑兵面对苏军这些横冲直撞的“钢铁怪兽”束手无策，只好绝望地挥舞着马刀砍。苏蒙军1个喷火坦克连和装甲车营轻而易举地全歼了日军这股快速部队。正面进攻的日军也被苏军密集的炮火打得丢盔卸甲、损伤过半，撤回了海拉尔。
6月20日，日军第23师团全体出动，小松原带着2万多人向诺门罕进发，同时出动的还有作为战略预备队的第7师团主力，这个师团为甲午战争和日俄战争的双料王牌，被公认是日军战斗力最强悍的部队。被誉为“国宝”的第1坦克师团是全日本当时仅有的一个坦克师，从来就没舍得用过，这次也上了前线；关东军航空兵主力倾巢出动飞抵海拉尔机场。可令东京想不到的是，此刻他们的对手已换成了苏军一代名将——坦克战专家朱可夫！在广阔的大草原上跟朱可夫玩大兵团作战，小松原等人显然能力欠缺不少。
7月4日，苏军将偷渡过河的关东军步兵主力击溃后，朱可夫将军开始对付正面的日军坦克，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，亚洲史上第一次大规模坦克会战开始了。苏军的T-28、T-26、T-130、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，打得日军八九式坦克毫无招架之力。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。安冈坦克师团的溃败极大震动了东京，认为造价昂贵的坦克不宜再用。
朱可夫将军战后这样评价日军坦克部队：“坦克非常落后，基本战术动作也很呆板，死盯着迂回和侧击这一种办法，很容易被消灭。”整体上看，日军坦克部队在整个二战期间既无战术也无技术。
第二次诺门罕之战打响不到半个月，关东军损兵折将已近万人，坦克、装甲车、飞机、野战炮等技术兵器损毁过半，日军隐隐感到苏军并不像东京所想的那么好对付，于是破釜沉舟，决定动用珍藏的远程重炮部队。7月23日，日军大口径火炮一起开了火，整个诺门罕战场火光冲天，如此大规模、长时间的炮击，据记载为日本陆军史上首次。不过日本炮兵从未受过超远程射击训练，也从未经历过饱和射击，打的效果并不好，精度尤为不够。战至中午，炮群一口气打出了近万发炮弹，这种消耗在日军战史上是惊人的，照这样打下去要不了几天关东军就得破产。更令关东军恼火的是重炮相继发生故障，多门重炮炮架折断，炮身过热、膛炸、炮管烧蚀等事故层出不穷。
下午，转移到新阵地上的苏军炮群开始反击，大量炮弹发出令人恐惧的呼啸声，暴风骤雨般砸在了日军炮兵阵地上，阵地顿时成了一片火海。面对苏军排山倒海般的打击，日军还击的火力近乎于呻吟，日军记载：“苏军的还击远远超出预料，密度之大、持续时间之长是从未见过的，阵地被黑云一般的烟尘覆盖，能见度只有两三米，浓烟遮住了视线，到处是伤员、尸体和损毁的兵器，无一处完好的炮位。”炮战延续了三天，日军已毫无还手之力，骄横的日军垂下了头，炮兵决战又输了。
既然空、坦、炮方面接连失败，日军只好又回到步兵不顾一切低头猛冲的老路子上，这是日俄战争时的老套路。入夜后，数万名日本步兵一起冲出了掩体，端着刺刀呐喊着发起了集团冲锋。当日军冲到苏军阵地前沿时，苏军突然打开了车载探照灯，几千发照明弹也先后升空，暴露在强光下的日军还没明白过来怎么一回事，就成片成片地被打倒了。在指挥官带领下，日军继续不顾死活地冲锋。多年的军国主义教育和受“武士道”精神的影响，使日军普遍有一种亡命徒似的作风，但亡命徒式的勇敢并不能改变其失败的命运。据战后统计，关东军连续几次大规模夜袭作战，共伤亡5000多人；苏军仅阵亡263人，防线后缩2—3公里。观战的德国武官目睹了日军这些疯狂的举动后，瞠目结舌，给国内发回的报告中称日军的战术水平至多处在第一次世界大战初期。
整个诺门罕战争期间日军损失了近50000人，步兵第23师团、第7师团、第8国境守备队(旅团)、第1独立守备队(旅团)和第1坦克师团几乎损失殆尽，11个特种兵联队彻底丧失了战斗力。高级军官的伤亡也是空前的，日本报纸哀叹：“大量高级军官如此集中的伤亡是日俄战争后从未有过的”。
