1941年6月，纳粹德国撕毁《苏德互不侵犯条约》，出动550万大军兵分三路闪击苏联，苏军猝不及防节节溃败。如果此时日军再突袭远东地区，苏联面对欧亚两线作战，岂不是双拳难敌四手？事实上，日本曾经对苏联进行过军事试探，只不过失败了。

苏联扶持的外蒙古1921年宣布独立，1931年日本占领东三省扶持了“伪满洲国”，日本和苏联在原中国领土上产生了边境纠纷。之后数年间，日本关东军多次在边境地带挑衅，试探苏联和蒙古的军事实力。1939年5月，日本、伪满洲国与苏联、蒙古人民共和国最终爆发战争。

1939年5月28日，关东军第64联队一千多人三路攻入蒙古，结果被苏蒙联军击败，伤亡数百人。为了应对日本关东军，苏军统帅部任命朱可夫为第57特别军军长，开始大规模集结兵力，苏联战斗机与日本展开制空权争夺战。由于苏联调来了新式战斗机，日军逐渐处于下风。

1939年7月1日，日军6000多人攻占哈拉哈河东岸的谢尔陶拉盖高地。朱可夫立即组织反攻，由于高地附近全是开阔地，日军暴露在苏军坦克和飞机的射程内，被迫在沙地上挖掘个人掩体，在坦克面前日军无法继续进攻。日军731部队向苏蒙联军展开细菌战，向河水里撒入鼠疫、霍乱等细菌，竟然有上千名日军感染，死亡40多人。

7月23日，日军在诺门罕前线集结了2.5万人，向苏军发动总攻，在苏军的反攻下撤回。8月20日，苏军利用星期天日本军官休假的时机，在凌晨集结10余万人发动总攻。日军毫无准备，被苏军成千吨炮弹猛烈轰炸，还被苏军装甲部队合围，但日军仍然在阵地上与苏军激战。

被轰炸11天之后，日军弹尽粮绝，各部队利用最后的手榴弹近战突围，突围成功却损失惨重。鉴于日军在边境的被动局面，日军大本营从中国战场调兵准备反攻苏联，但最后日军放弃了继续进攻。日本驻苏联大使东乡与苏联外交部长莫洛托夫签订停战协定，最后以日本让步结束。

诺门罕战役中，日苏双方累计投入兵力20多万，苏联死亡6000余人，日本死亡6万余人。不过从后来俄罗斯和日本90年代逐渐解密的档案来看，苏联死亡9000多人，日本死亡7000多人。也就是苏联在飞机、坦克的大优势下，战损比日本还要严重，但还是艰难地赢得了战争。

战后，苏联虽然取得了战役的胜利，但没有继续扩大战果。日本认为苏联在远东地区很强，也放弃了“复仇”。在诺门罕战役之前，日军就北上远东、西伯利亚，还是南下东南亚狐疑不定。战后日本放弃了“北进”，一头扎进了东南亚、太平洋以及珍珠港，最终迫使美国参战。

诺门罕战役在历史上并不算出名，但对于二战却至关重要。日本因此战的失利完全放弃对苏联作战，莫斯科战役难解难分的时候，苏联紧急从远东抽调二十个亚洲师到欧洲前线，扭转了战局。中国抗战最艰苦的时候，日军与苏军对峙，一时无法继续向关内增兵。最重要的就是日本被迫调转枪口，偷袭珍珠港，将中立的美国拖下水，完美地改变了二战格局。