麵對訓練有素、鬥誌高昂的日軍步騎兵，外蒙邊防騎兵部隊的第一波反擊不出意外的失敗了，但日方也沒有占到什麼便宜，他們前去救援兩名日軍飛行員的行動因外蒙騎兵的反擊而受遲滯，事實上，即便他們成功抵達敵方營地，也無法找到那兩個倒黴的飛行員，因為敵情一到，外蒙軍隊就火速將他們轉移走了。
越過哈拉哈河的日軍部隊由此陷入了進退兩難的境地。
聽到遠處傳來的槍聲爆炸聲，甲隊日軍果斷引爆了戰機殘骸，而後撤退至河岸邊等待下一步指令。
乙隊日軍與渡河增援的騎兵中隊會合一處，經過商議，由前者吸引外蒙騎兵的注意，後者繞過當麵之敵向關押飛行員的兵營突進。20多公裏的路程，輕裝騎兵隻消一個多小時就能往返。然而這支日軍騎兵中隊沒能走出多遠就被外蒙軍隊發現，雙方旋即激烈交火，因對方部署有輕重機槍和迫擊炮，日軍騎兵被迫撤回到岸邊。
意識到通過突襲作戰救援己方飛行員的計劃必定失敗，日軍第23師團指揮官小鬆原中將果斷命令渡河人員攜所俘外蒙官兵撤回東岸，以備雙方協商交換俘虜。是夜，日軍陣亡9人，受傷20人，俘獲外蒙軍官1人、士兵6人，外蒙邊防部隊的傷亡估計在40人以上。
從這一晚開始，事態的發展完全超出了小鬆原以及關東軍司令部的預判。蘇俄方麵對日軍的越境襲擊行為大為震怒，在西線擴張無望而且得到互不侵犯條約保障穩定的情況下，他們早已將戰略重心轉移到了幅員遼闊且資源豐富的西伯利亞地區，無論在這個方向實施戰略擴張還是戰略防禦，都需要一個緩衝地帶來充當減壓閥，以便降低日俄這兩個軍事強國之間發生衝突的可能性，外蒙古所扮演的無疑就是這個角色。近期以來，日本軍隊不但頻頻對外蒙邊境實施航空偵察，居然還派遣地麵部隊越境搞襲擊，是可忍孰不可忍，是時候給他們一些深刻教訓了。
次日，蘇俄革命軍事委員會即向遠東軍區和遠東特別集團軍下達了作戰命令，授權布柳赫爾元帥調動陸空部隊堅決反擊越境之敵，允許他們在反擊行動中進行越境攻擊。
剛滿50歲的布柳赫爾元帥是蘇維埃俄國的第一批統帥人物，就影響和戰鬥榮譽而言，是能夠與圖哈切夫斯基媲美的強人。他原是梅季希鎮的一位普通鉗工，後來成為榮膺紅旗勳章和紅星勳章的第一人，他指揮的部隊在各個戰場上威名遠揚，功勳卓著，聞名全蘇。他是西伯利亞的征服者和守衛者，是戰勝遠東白衛軍和日本武裝幹涉者的英雄，是無數次交戰和大戰役的勝利者。在戰鬥中，他全身18處受傷，是一位在布爾什維克的領導下的一位傑出的軍事首長，名聲卓著、享有盛譽的戰將。1924年和1926年，兩次受蘇俄政府的委派，化名“加倫”來華擔任中國革命政府事顧問、黃埔軍校顧問組長，在國民革命的北伐戰爭中起到了舉足輕重作用。1929年發生中東路事件後，蘇俄革命軍事委員會決定將遠東所有武裝力量統一編入遠東特別集團軍。布柳赫爾被任命為該集團軍司令。1929年中東路衝突時他指揮軍隊打敗了奉係軍閥部隊，並且在遠東建立了強大的防禦。
值得一提的是，在斯維爾德洛夫的領導下，失去東歐“半壁江山”的蘇俄克服重重困難，在列強戰爭的夾縫中頑強發展起來，其領土麵積、統治人口乃至軍隊規模雖然不及舊時空的蘇聯，因為沒有發動殘酷的大清洗，軍隊始終保持著較高的向心力，諸多功勳戰將和著名技術人員依然在為軍隊建設做著貢獻。
接到最高指令，布柳赫爾元帥迅速搭乘軍機從符拉迪沃斯托克飛赴烏蘭巴托，並親自調派部隊完成發動軍事反擊的各項準備工作。出於對日本關東軍的深刻了解，布柳赫爾元帥一開始就將此次反擊作戰定為軍團規模，因此將駐紮外蒙的蘇軍部隊盡數派往哈拉哈河一線，並從遠東地區調來精銳的陸軍航空部隊。對於日軍提出的交換戰俘的建議，在請示了蘇俄革命軍事委員會之後，布柳赫爾元帥決定置之不理。
在日軍突擊隊渡河襲擊外蒙邊防部隊之後的第六天，蘇俄和外蒙聯軍在諾門坎一帶悄悄渡過哈拉哈河建立陣地——此地曆來是蒙滿邊界的爭議地區，外蒙方麵主張的邊界位於哈拉哈河東岸，滿洲方麵的主張則是以河為界，為此雙方邊防巡邏部隊曾多次出現過劍拔弩張的武裝對峙。