Японцы с той стороны границы располагали двумя железными, сетью грунтовых дорог и оперативной авиагруппой полковника Козиро Мацумуро – 20 истребителей Ki-27 (получивших в СССР обозначение И-97), 6 бомбардировщиков Ki-30 и 6 разведчиков Ki-15. Самолеты дислоцировались на аэродроме маньчжурского города Хайлара, примерно в 160 км к северо-востоку от реки. Пилоты имели богатый опыт войны в Китае.
21 мая японцы сбили советский самолет Р-5, осуществлявший связь с 6-й монгольской кавалерийской дивизией. На следующий день над горой Хамар-Даба имело место первое столкновение в воздухе. С советской стороны в бою участвовали три истребителя И-16 и два И-15бис, со стороны японцев – пять истребителей. В завязавшейся схватке сгорел И-16 лейтенанта И.Т. Лысенко.
Обе стороны наращивали силы. К 26 мая из Забайкальского военного округа в район Тамцак-Булака перебросили 22-й истребительный авиаполк майора Глазыкина (63 истребителя И-15бис и более новые И-16 тип 10). Арифметически полк представлял собой внушительную силу с хорошей материальной частью, однако на уровне подготовки летчиков уже заметно сказывались негативные последствия кампании по борьбе с аварийностью: летчиков не обучали приемам воздушного боя «из-за боязни летных происшествий». Еще через несколько дней в Монголию прибыл 38-й скоростной бомбардировочный авиаполк под командованием капитана Артамонова (59 машин СБ). В ходе передислокации разбился один бомбардировщик и пропал без вести один истребитель.
Противник тоже получил подкрепление, 24 мая в Хайлар прилетели две эскадрильи Кi-27 (20 машин). К 27 мая японские воздушные силы состояли из 52 истребителей, шести разведчиков и шести бомбардировщиков. Им противостояли 203 краснозвездных боевых самолета: 99 истребителей, 88 скоростных бомбардировщиков и 16 «легких штурмовиков» Р-5Ш. Таким образом, советские ВВС обладали более чем тройным численным перевесом.
К этому времени в битву вступили наземные части советских войск, форсировавшие Халхин-Гол и закрепившиеся на восточном берегу.
27 мая эскадрилья И-16 22-го авиаполка под командованием старшего лейтенанта Черенкова в составе восьми самолетов перебазировалась на передовой аэродром у горы Хамар-Даба, имея задачей перехват самолетов противника. За день эскадрилья совершила четыре тревожных вылета. В первых трех противника обнаружить не удалось, но зато два пилота сожгли моторы своих машин и совершили вынужденную посадку. В четвертый раз шесть «ишаков» взлетели на перехват девятки Ki-27 и были беспощадно биты. После первой же атаки «сталинские соколы» обратились в бегство, а противник, сохраняя превышение, преследовал их до самого аэродрома и расстреливал после посадки. В итоге японцы, сами не имея потерь, уничтожили три и повредили два самолета. Два советских летчика погибли (в том числе командир эскадрильи), один был ранен.
На следующее утро, 28 мая, японцы нанесли удар по позициям советско-монгольских войск на плацдарме. Советская сторона такой пакости совершенно не ожидала: самолеты оказались не готовы к вылету, одни приказы отменяли другие, к линии фронта были направлены только три истребителя И-15, которые, как и следовало ожидать, обратно на базу не вернулись. Около 10 часов «на прикрытие наземных войск и уничтожение воздушного противника» вылетела десятка И-15бис комэска Балашова. Над переправами через Халхин-Гол ее внезапно атаковали 18 Ki-27. В итоге шесть «ястребков» были сбиты, еще один, успевший сесть, был расстрелян и сожжен на земле. Четверо летчиков погибли в бою, один пропал без вести, двое были ранены, один пилот выпрыгнул с парашютом из горящего самолета. Враг снова ушел без потерь.
Командир корпуса комдив Фекленко доносил начальнику Генерального штаба РККА Шапошникову следующее:
«Прошу немедленно дать ответ, так как это связано с планированием боя 29 мая:
1. Авиация противника господствует в воздухе.
Западный берег р. Халхин-Гол совершенно открыт и не дает никакого маневра, за исключением района горы Дзук-Хан-Ула, где местность легко пересеченная.
3. Наша авиация не в состоянии прикрыть наземные войска до захвата переправы…
4. Удержать восточный берег р. Халхин-Гол можно, но с большими потерями от авиации противника.
5. Прошу с наступлением темноты отвести части на западный берег и оборонять его, проводя бомбежку противника… (с) задачей уничтожить живую силу противника».
Японский цельнометаллический истребитель-моноплан «Накадзима» Ki-27 (максимальная скорость 450 км/ч на 3500 м), вооруженный двумя 7,7-мм синхронными пулеметами, отличался великолепной маневренностью и скороподъемностью, сочетавшимися с высокой устойчивостью и легкостью управления, а их пилоты обладали отменной выучкой. Недостатком истребителя было слабоватое вооружение, отсутствие бронеспинки сиденья и протектирования бензобаков. Зато все японские машины были оборудованы радиоприемниками, а начиная с командира звена – передатчиками. Управление советскими самолетами в воздухе осуществлялось по принципу «Делай как я», истребители средств радиосвязи не имели, поскольку и в 1939 году на этот счет не сложилось единого мнения. НИИ ВВС настаивал на укомплектовании истребителей как связным, так и навигационным радиооборудованием, а, к примеру, геройский парень П.В. Рычагов предлагал снять с истребителей «лишние» приборы, чтобы они «не мешали» пилоту в воздухе. Естественно, что в воздушном бою управление группой терялось почти мгновенно, а ведущий превращался в рядового летчика. Наведение истребителей с земли осуществлялось путем выкладывания белых полотнищ в форме стрел, острием направленных в ту сторону, где был замечен воздушный противник. (Заместитель начальника Штаба РККА С.А. Пугачев в сентябре 1925 года , докладывая об итогах маневров в трех военных округах, отмечал: «Особенно обращает внимание примитивность средств, применяемых для связи авиации с наземными войсками. В этом отношении Красная Армия значительно отстала от Западной Европы». За четырнадцать лет ничего не изменилось «в этом отношении». А комкору С.А. Пугачеву припомнили, что был он не просто заместителем, а заместителем «главы фашистского заговора» Тухачевского, «лакейски служившего капитализму». В октябре 1939 года Семена Андреевича приговорили к пятнадцати годам несвободы, где он и умер.)
По свидетельству наших летчиков, Ki-27 «успешно боролся с И-16М-25 и запросто бил И-15».
Тактическая подготовка советских летных и командирских кадров оказалась не на высоте. К тому же «коварный враг» использовал свою авиацию большими группами, а командование ВВС 57-го особого корпуса поднимало в воздух от 3 до 10 машин. Всего за неделю 100-я авиабригада потеряла 16 истребителей, 1 штурмовик, 11 моторов и 10 летчиков. Кроме того, произошло 4 катастрофы, 9 аварий и 13 поломок самолетов. «Сталинские соколы» всухую проигрывали «императорским». Как откровенно говорилось в секретном «Описании боевых действий в Монголии»: «Воздушные силы 57-го особого корпуса потерпели явное позорное поражение… японские бомбардировщики безнаказанно бомбили наши войска».
До середины июня советская авиация в районе Халхин-Гола не появлялась.
Обескураженное пренеприятными результатами, московское руководство приняло экстренные меры для усиления группировки ВВС в Монголии. В начале июня в Тамцак-Булак прибыла особая группа из 48 опытнейших летчиков и специалистов, прошедших боевую школу в Испании и Китае (почти наполовину состоявшая из Героев Советского Союза), во главе с заместителем начальника ВВС РККА комкором Я.В. Смушкевичем. Они немедленно занялись наведением порядка в частях, боевой подготовкой летчиков, организацией снабжения, подготовкой новых взлетно-посадочных площадок. Смушкевич принял командование авиацией. В командование всей советско-монгольской группировкой вступил комдив Г.К. Жуков.
К 21 июня на полевых аэродромах в районе Халхин-Гола находилось 150 истребителей, 135 бомбардировщиков, 15 штурмовиков – 300 боевых машин. Истребители базировались в основном на передовых площадках (25–50 км от линии фронта), а бомбардировщики – на расстоянии не менее 150 км. Передовой командный пункт располагался на горе Хамар-Даба, тыловой – в районе Тамцак-Булака.
ВВС противника насчитывали 126 самолетов, в том числе 78 истребителей и 30 бомбардировщиков. Большинство японских самолетов базировалось на аэродромах Хайлар и Чанчунь. Второй из них находился почти в 600 километрах от района боевых действий.
В двадцатых числах июня на сухопутном фронте происходили «бои местного значения», а над монгольскими степями тем временем разгоралась крупнейшая воздушная битва, в ходе которой советская авиация пыталась взять реванш.
22 июня в воздух с разных аэродромов поднялись в общей сложности 105 советских истребителей и направились в район Халхин-Гола и озера Буир-Нур. Первой вступила в бой группа 22-го полка, состоявшая из эскадрильи старшего лейтенанта Савкина (15 И-16) и эскадрильи капитана Степанова (девять И – 15 бис). Над горой Хабар-Даба на них обрушились сверху «не менее 30 самолетов» противника. Комэск Савкин сразу получил ранение и вышел из боя, а подчиненные – «делай как я» – приняли это за сигнал к отступлению и рассыпались в разные стороны. Самолет Савкина японцы сожгли на земле, но старший лейтенант остался жив. Затем «самураи» переключились на бипланы и сбили три «биса». В этот момент на горизонте появилась эскадрилья «ишаков» 70-го авиаполка, и противник, не вступая в бой, улетел на свою территорию. Чуть позже еще две группы советских самолетов встретились с группой японцев в районе гор Баин-Цаган и Баин-Хошу. В завязавшемся сражении были сбиты 13 истребителей И-15бис и три И-16. В бою погиб командир 22-го истребительного полка майор Глазыкин и еще пятеро летчиков, а также пять пилотов из 70-го полка. В конце концов японские истребители, израсходовав горючее и боеприпасы, «обратились в бегство».