五十余名骑兵攻占设在争议地区的伪满洲国锡林陶拉盖哨所。
五月十三日晚上九点，日本关东军第二十三师团搜索队队长东八百藏中佐奉命率104名骑兵、90名装甲兵到达距诺门罕尚有八十多公里的甘珠尔庙，并派出侦察兵往前侦察，进行作战准备。
为了配合进攻作战，日本关东军司令部将驻齐齐哈尔的飞行侦察第十战队、海拉尔飞行第二十四战队、关东军汽车队的运输汽车一百辆，划归第二十三师团指挥。
五月十四日，东八百藏部队在五架日机的配合下，向哈拉哈河以东的蒙古军发动了攻击。
蒙古军在日军的猛烈攻击下死伤惨重，只能主动撤向河西地区进行防御，在击溃了蒙古军队后，东八百藏中佐便率部队返回了海拉尔。
在日本关东军对蒙古军队发起攻击后，苏联政府依据《苏蒙互助协定》立即将第11坦克旅开往哈拉哈河地区，同时命令驻扎在乌兰乌德的摩托化步兵第36师向哈拉哈河集合。
并将第57特别军司令部从乌兰巴托迁到距哈拉哈河125公里的塔木察格布拉格，苏联的飞机也不断在战事地区集合，并在诺门罕地区进行飞行侦察。蒙军骑兵第6师又渡过哈拉哈河，架起浮桥。
1939年五月二十八日，由山县武光大佐负责指挥的日军第六十四联队、东八百藏中佐指挥的搜索队及伪满洲国兴安骑兵第一、第二、第八团，从三个方向开始围攻苏蒙联军。
结果被苏蒙联军击败，日军搜索队战死115人、失踪81人，几乎全军覆没，东八百藏中佐也被击毙，而日军山县武光大佐指挥的第六十四联队伤亡率也达到了百分之二十。
由于日本关东军的不断增兵，苏联军事统帅部任命朱可夫为第57特别军军长。
朱可夫到达塔木察格布拉格后，便开始集结兵力，同时开始储备各种军需物资以便应对之后的大战，为了和日本关东军飞行部队争夺战场的制空权，朱可夫命令部队在塔木察格布拉格、桑贝斯等地开辟野战军用机场。