諾門罕戰役發生於1939年5月4日，同年的9月16日結束，歷時135天。1939年5月，日本關東軍首先在諾門罕一帶進攻蒙古，企圖把蒙古作爲下步侵入蘇聯遠東地區的跳板，進而實現其蓄謀已久的“北進計劃”。5月14日，蘇聯政府加入這場戰爭。至9月15日簽訂停戰協議，以日軍失敗告終，史稱“諾門罕戰爭”。諾門罕戰爭是二戰初期蘇、日兩軍在亞洲一場規模較大的作戰，前後歷時近半年，雙方動用了十幾萬精銳部隊和除海軍外幾乎所有的現役裝備，蘇軍最終完勝日軍。
在此次戰役中，由於日軍盲目自大、輕視蘇聯軍隊的戰鬥力，導致在情報收集上沒有能夠實事求是，沒有能夠得到充分的情報，甚至對有價值情報置之不理。這是日軍失敗的重要原因。
1937年到1938年，蘇聯進行了震驚世界的大肅反運動，重點是對軍事機構的幹部特別是高級幹部進行大規模清洗。這次清洗是斯大林一個時期內實行極左路線的表現，對蘇軍建設帶來了災難性的後果。蘇軍中一大批傑出的軍事將領慘遭殺害。
著名的圖哈切夫斯基元帥、葉果羅夫元帥、布留赫爾元帥都先後被捕並被處決。紅軍總政治部主任馬爾尼克是紅軍政治工作的重要創建人，他在安全部人員逮捕他的時候開槍自殺。智勇雙全的軍團司令科夫丘赫於1938年7月被槍決。蘇聯著名元帥朱可夫的上級雅基爾（當時任基輔軍區司令）、烏鮑列維奇（當時任白俄羅斯軍區司令）和老軍長塞爾基奇都先後被槍決。就連在西班牙任軍事觀察團團長的揚.別爾津將軍也被押回國內執行槍決。
在這個時期裏，新補充進來的炮兵不知道如何開炮，新補充進來的步兵連靶都沒有打過，很多人連開槍的基本動作都沒有學過。在所有的步兵部隊裏，練習過刺殺的士兵不到20%。隱蔽訓練基本上沒有開展過。新任命的軍官也沒有什麼戰爭指揮經驗。
另外，日本軍閥從心眼裏看不起蘇聯紅軍。1904年至1905年的日俄戰爭，沙皇陸軍屢戰屢敗，海軍全軍覆沒於對馬海峽。在1919年至1921年的俄蘇內戰時期，日軍一度佔領了西伯利亞的部分領土。後來蘇維埃政權穩固，日軍才撤回。所以關東軍從開始就趾高氣揚，一心想找一個或者造一個“柳條湖”(即過去的柳條溝)事件，襲佔蘇聯或蒙古領土，擊潰蘇蒙軍隊。其最低目標是佔領伊爾庫茨克以東的蘇聯遠東領土。如果得手，則一直向西席捲，與希特勒的納粹德軍沿某條雙方議定的界線分割蘇聯。
日本通過收集情報，錯誤估計蘇聯內部政治形勢，認爲“大肅反”後，有能力和經驗的指揮官基本被清洗掉了，此時的蘇軍已不足爲慮，毫無理由的輕視對手。狂妄地宣稱日軍一個師團可以對付蘇軍3個師。關東軍各部隊好戰情緒被激發起來，據戰後日軍心理機構調查表明：“幾乎所有參戰的日本士兵都熱切盼望與蘇軍交手，90%以上的軍官對蘇軍情況一無所知，卻毫無理由地輕視對手。”當時日軍整個處在一種病態的“亢奮”中蠢蠢欲動。
日軍在戰前情報收集中，沒有收集到蘇聯軍隊裝甲部隊的戰鬥力情況，未能充分認識到蘇軍重型裝甲部隊的實力，盲目的以輕型坦克死拼蘇軍，致使順勢慘重。另外日軍的情報也沒有對蘇聯指揮官的背景和能力以正確的認識。這次戰役日軍遇到的是蘇聯傑出的軍事統帥朱可夫，和朱可夫相比，日軍的統帥在指揮大兵團作戰能力上差距不小。
1939年5月27日，日軍向蘇蒙軍發起攻擊，第23師團騎兵聯隊和重裝甲車部隊雖包抄奇襲蒙軍指揮部得手，但很快被蘇軍坦克包圍，一交手，關東軍便嚐到了蘇軍的厲害，日軍的重裝甲車厚度較小，根本不是蘇軍坦克的對手；日本騎兵面對蘇軍這些橫衝直撞的“鋼鐵怪獸”束手無策，只好絕望地揮舞着馬刀砍。蘇蒙軍1個噴火坦克連和裝甲車營輕而易舉地全殲了日軍這股快速部隊。正面進攻的日軍也被蘇軍密集的炮火打得丟盔卸甲、損傷過半，撤回了海拉爾。
6月20日，日軍第23師團全體出動，小松原帶着2萬多人向諾門罕進發，同時出動的還有作爲戰略預備隊的第7師團主力，這個師團爲甲午戰爭和日俄戰爭的雙料王牌，被公認是日軍戰鬥力最強悍的部隊。被譽爲“國寶”的第1坦克師團是全日本當時僅有的一個坦克師，從來就沒捨得用過，這次也上了前線；關東軍航空兵主力傾巢出動飛抵海拉爾機場。可令東京想不到的是，此刻他們的對手已換成了蘇軍一代名將——坦克戰專家朱可夫！在廣闊的大草原上跟朱可夫玩大兵團作戰，小松原等人顯然能力欠缺不少。
7月4日，蘇軍將偷渡過河的關東軍步兵主力擊潰後，朱可夫將軍開始對付正面的日軍坦克，蘇軍兩個坦克旅以壓倒一切的氣勢衝入日軍戰車羣中。在7平方公里的戰場上，近千輛各型戰車相互廝殺，亞洲史上第一次大規模坦克會戰開始了。蘇軍的T-28、T-26、T-130、BT-6、BT-7坦克和BA-6、BA-10裝甲車等各型現役戰車相互配合，打得日軍八九式坦克毫無招架之力。日軍坦克和裝甲車，很快變成了一堆堆冒着黑煙的鋼鐵垃圾。此戰之後，日軍坦克部隊基本癱瘓了。安岡坦克師團的潰敗極大震動了東京，認爲造價昂貴的坦克不宜再用。
朱可夫將軍戰後這樣評價日軍坦克部隊：“坦克非常落後，基本戰術動作也很呆板，死盯着迂迴和側擊這一種辦法，很容易被消滅。”整體上看，日軍坦克部隊在整個二戰期間既無戰術也無技術。
第二次諾門罕之戰打響不到半個月，關東軍損兵折將已近萬人，坦克、裝甲車、飛機、野戰炮等技術兵器損毀過半，日軍隱隱感到蘇軍並不像東京所想的那麼好對付，於是破釜沉舟，決定動用珍藏的遠程重炮部隊。7月23日，日軍大口徑火炮一起開了火，整個諾門罕戰場火光沖天，如此大規模、長時間的炮擊，據記載爲日本陸軍史上首次。不過日本炮兵從未受過超遠程射擊訓練，也從未經歷過飽和射擊，打的效果並不好，精度尤爲不夠。戰至中午，炮羣一口氣打出了近萬發炮彈，這種消耗在日軍戰史上是驚人的，照這樣打下去要不了幾天關東軍就得破產。更令關東軍惱火的是重炮相繼發生故障，多門重炮炮架折斷，炮身過熱、膛炸、炮管燒蝕等事故層出不窮。
下午，轉移到新陣地上的蘇軍炮羣開始反擊，大量炮彈發出令人恐懼的呼嘯聲，暴風驟雨般砸在了日軍炮兵陣地上，陣地頓時成了一片火海。面對蘇軍排山倒海般的打擊，日軍還擊的火力近乎於呻吟，日軍記載：“蘇軍的還擊遠遠超出預料，密度之大、持續時間之長是從未見過的，陣地被黑雲一般的煙塵覆蓋，能見度只有兩三米，濃煙遮住了視線，到處是傷員、屍體和損毀的兵器，無一處完好的炮位。”炮戰延續了三天，日軍已毫無還手之力，驕橫的日軍垂下了頭，炮兵決戰又輸了。
既然空、坦、炮方面接連失敗，日軍只好又回到步兵不顧一切低頭猛衝的老路子上，這是日俄戰爭時的老套路。入夜後，數萬名日本步兵一起衝出了掩體，端着刺刀吶喊着發起了集團衝鋒。當日軍衝到蘇軍陣地前沿時，蘇軍突然打開了車載探照燈，幾千發照明彈也先後升空，暴露在強光下的日軍還沒明白過來怎麼一回事，就成片成片地被打倒了。在指揮官帶領下，日軍繼續不顧死活地衝鋒。多年的軍國主義教育和受“武士道”精神的影響，使日軍普遍有一種亡命徒似的作風，但亡命徒式的勇敢並不能改變其失敗的命運。據戰後統計，關東軍連續幾次大規模夜襲作戰，共傷亡5000多人；蘇軍僅陣亡263人，防線後縮2—3公里。觀戰的德國武官目睹了日軍這些瘋狂的舉動後，瞠目結舌，給國內發回的報告中稱日軍的戰術水平至多處在第一次世界大戰初期。
整個諾門罕戰爭期間日軍損失了近50000人，步兵第23師團、第7師團、第8國境守備隊(旅團)、第1獨立守備隊(旅團)和第1坦克師團幾乎損失殆盡，11個特種兵聯隊徹底喪失了戰鬥力。高級軍官的傷亡也是空前的，日本報紙哀嘆：“大量高級軍官如此集中的傷亡是日俄戰爭後從未有過的”。
