Маньчжурия - обширный район с малочисленным населением на востоке Китая, граничащий с Кореей, Советским Союзом и Монголией. Она уже давно привлекала японцев своими богатыми природными ресурсами; поэтому на протяжении 2000-км границы между Маньчжоу-го, Монголией и Советским Союзом постоянно происходили вооруженные инциденты. И вот 11 мая 1939 года японские отряды пересекли монгольскую границу около реки Халхин-Гол и озера Буир-Нур. В ответ на это на следующий день подразделение монгольской конницы переправилось через реку и атаковало посты японских войск. Японское руководство сочло это актом агрессии, и 28 мая Квантунская армия начала боевые действия на монгольской территории. Советский Союз тут же заявил, что Красная Армия будет защищать монгольскую границу как свою собственную, и ввел в район инцидента войска. Военные действия, развернувшиеся на монгольской границе у холмов Номонган, в СССР получили наименование «Сражение на Халхин-Голе», а в Японии - «Номонганский инцидент».

В конфликт на Халхин-Голе с обеих сторон были вовлечены значительные авиационные силы. Поддержку японской Квантунской армии осуществляла временная оперативная авиагруппа Риндзи Хикотай, в которую входили части 2-й Хикошидан (авиадивизии). Эта оперативная группа имела разведывательную эскадрилью (6 Ki-15) и бомбардировочную эскадрилью (6 Ki-30). Истребительные силы состояли из двух Сентаев (авиаполков), вооруженных истребителями Ki-27. 24-й Сентай подполковника Кодзиро Мацумура прибыл в район боевых действий 18 мая; в составе его двух Чутаев было 19 Ki-27. 11-й Сентай подполковника Юдзиро Ногучи присоединился к нему 24 мая; в его четырех Чутаях было 56 Ki-27. Впоследствии (в июне) к этим авиачастям присоединился 61-й бомбардировочный Сентай, вооруженный новыми двухмоторными бомбардировщиками Ki-21.
Советскую авиацию представляла 100-я смешанная авиабригада. В ней поначалу числилось 14 истребителей И-15бис и 24 И-16 тип 5 (70-й ИАП), 17 лёгких штурмовиков Р-5Ш (штурмовой вариант разведчика-биплана Р-5), а также 29 скоростных бомбардировщиков СБ. Монгольская народно-революционная армия располагала одним смешанным авиаполком, состоящим из 36 самолётов Р-5 и Р-5Ш. В ходе конфликта в район боевых действий прибыла 23-я авиабригада, что увеличило численность советской авиации на Халхин-Голе до 203 самолётов: 99 истребителей, из которых 48 бипланов И-15бис и 51 моноплан И-16 (тип 5 и тип 10), 88 бомбардировщиков СБ, и 16 «штурмовиков-разведчиков» Р-5.

Первую воздушную победу в этом конфликте одержали японцы: вечером 20 мая тройка Ki-27 из 24-го Сентая атаковала разведчик Р-5, сопровождаемый двумя истребителями И-16. Самолет-разведчик сбил командир 24-го Сентая подполковник Мацумура (некоторые источники утверждают, что эта победа принадлежит не Мацумуре, а капитану Соичи Сузуки). Советские источники признают потерю одного Р-5, но датируют её не 20, а 21 мая. 22 мая произошел первый бой истребителей, когда три И-16 тип 5 и два И-15бис из 70-го ИАП (истребительного авиационного полка) атаковали тройку Ki-27 из 24-го Сентая. Японские пилоты быстро перехватили инициативу и после боя заявили об уничтожении трех самолетов противника. Но советская сторона подтвердила потерю лишь одного И-16.
Воздушные бои становились всё интенсивнее. По японским данным, 26 мая 9 Ki-27 из 11-го Сентая дважды атаковали равные по численности группы И-16 и сбили 9 самолетов, не понеся потерь со своей стороны (по другим данным японцы потеряли 1 машину). В то же время 10 Ki-27 из 24-го Сентая атаковали группу советских самолетов над озером Буир-Нур и заявили об уничтожении 1 И-16, 1 И-15бис и 1 Р-2. Однако советские источники не подтверждают воздушных боев в этот день.
На следующий день, 27 мая, три советских И-16 из 22 ИАП стали жертвой японских пилотов из 1-го Чутая 11-го Сентая. Это произошло во время внезапной атаки семерки Ki-27 на девятку И-16; два советских пилота погибли, один был тяжело ранен. Этот бой также закончился без потерь для японцев (хотя советские летчики утверждали, что им удалось сбить восемь вражеских самолетов). Японцы, в свою очередь, заявили, что сбили все девять советских машин, причем четыре на свой счет записал сержант Хиромичи Синохара, впоследствии ставший самым результативным пилотом японской авиации в Номонганском инциденте (заявил 58 побед). Еще три советских самолета записал на свой счет командир 1-го Чутая капитан Кендзи Симада, прозванный подчиненными «Красным Ястребом».
28 мая началось японское наступление; его активно поддерживали артиллерия и авиация. В тот день на перехват японских бомбардировщиков в воздух поднялись 20 И-152 из 22-го ИАП. Советским пилотам не удалось найти бомбардировщики, но они натолкнулись на группу истребителей Ki-27. Разгорелся бой. Японцы утверждают, что сбили 10 самолетов противника, но советские источники подтверждают потерю лишь 3 самолетов и 3 пилотов. Одновременно 9 И-152 из 22-го ИАП, прикрывавшие понтонный мост на Халхин-Голе, подверглись атаке 18 самолетов из 11-го Сентая. В жестоком бою японцы сбили 6 советских машин, а седьмая совершила аварийную посадку. Победители не понесли потерь (хотя по советским данным был сбит один японский самолет). А всего в тот день 11-й Сентай записал на свой счет не менее 42 советских самолетов! В результате этих схваток, полностью связавших советские истребительные силы, японские бомбардировщики в течение всего дня безнаказанно бомбили войска РККА.
Таким образом, первый этап воздушных боев советская авиация проиграла. Это было признано и командованием, которое откровенно и прямо заявило: «В первоначальный период конфликта Воздушные силы 57-го особого корпуса потерпели явное позорное поражение». Об этом же красноречиво свидетельствовали цифры потерь в майских боях. И хотя из заявленных японцами за эти дни 56 побед реальными оказались только 21 (+4 не боевые потери), советские летчики, несмотря на свое численное превосходство, сумели сбить всего 1 (!) японский самолет. Уничтожить 1 вражеский самолет ценой гибели двух своих полнокровных эскадрилий – это многое говорит об уровне подготовки летчиков РККА…

Для исправления создавшейся ситуации требовались решительные и срочные меры. Поэтому уже 28 мая командир 57-го особого корпуса комкор Фекленко сообщил начальнику Генерального штаба РККА Шапошникову, что японская авиация господствует в воздухе, а советские лётчики не в состоянии прикрыть наземные войска.
Москва отреагировала на это сообщение незамедлительно. Фактически на следующий день в Монголию вылетели три транспортно-пассажирских «Дугласа» DC-3, в которых собралась буквально вся элита советских ВВС - 48 лучших боевых лётчиков и специалистов, в том числе 11 Героев Советского Союза, ветеранов войн в Испании и Китае. Возглавлял «пожарную команду» заместитель начальника ВВС РККА Дважды Герой Советского Союза комкор Я. В. Смушкевич - знаменитый «генерал Дуглас», командовавший в 1936-37 годах противовоздушной обороной Мадрида.
Новое руководство проделало большую организационную работу. Была налажена боевая учёба, оборудован целый ряд новых взлётно-посадочных площадок и постов наблюдения вблизи от линии фронта, улучшено снабжение авиачастей, развёрнуты новые передовые пункты управления, налажена связь и со штабами, и с самолётами в воздухе. Этому способствовало временное затишье, установившееся на фронте с начала июня. В район боевых действий перебрасывались новые эскадрильи. В результате к 21 июня численность советских ВВС в районе конфликта составила уже 301 самолёт. Численный состав японской авиации оценивался советской разведкой в 260 самолётов, из которых 125 - истребители. Однако на самом деле в это время численность японских ВВС в районе конфликта составляла всего 126 самолётов.
Японцы после майских боев стали презрительно относиться к советской авиации; поэтому они вывели из зоны боевых действий 11-й Сентай, оставив лишь оба Чутая 24-го Сентая (на аэродроме Канджур-Мнао в 40 км от линии фронта). Для этих незначительных сил стала неприятным сюрпризом внезапная атака советских ВВС, проведенная 22 июня. Когда 105 истребителей (56 И-16 и 49 И-152) из 70-го и 22-го ИАП появились над Маньчжурией, все 18 Ki-27 24-го Сентая были подняты в воздух для отражения атаки. Последовала серия воздушных боев, продолжавшаяся в общей сложности 2,5 часа. После окончания схваток советские летчики заявили об уничтожении 31 японского самолета ценой потери 13 И-152 и 1 И-16. При этом погибли 11 пилотов (включая командира 22-го ИАП). Японцы же заявили, что им удалось сбить 47 советских самолетов, а собственные потери составили 5 Ki-27 и 4 пилота. Одним из самых результативных японских пилотов в этот день был признан 2-й лейтенант Сёго Саито, заявивший об уничтожении семи советских машин (4 в воздухе, причем 1 – тараном, + 3 самолета на земле).
После возобновления советских атак японцам было срочно послано подкрепление в виде 1-го Сентая (командир - подполковник Тосио Като), состоявшего из двух Чутаев. Одновременно численность 24-го Сентая довели до четырех Чутаев. Тем не менее, этого явно было недостаточно. Всего на вооружении двух Сентаев имелось только 59 Ki-27, базировавшихся на аэродромах Канджур-Мнао, Саниджо, Хоши. Подкрепление прибыло как раз вовремя, потому что через день, 24 июня, советские ВВС повторили массированную атаку. Бои за господство в монгольском небе разгорелись с новой силой. Японцы заявили, что в этот день они уничтожили 17 советских самолётов, потеряв при этом 2 самолета и 2-х пилотов. Интересно, что по докладам советских лётчиков японских самолётов в тот день было сбито также 17. Русские реальные потери составили 2 И-15бис (погибло 2 пилота). Японский лётчик и бортстрелок советского СБ были ранены, ещё один японский пилот попал в плен. Таким образом, если учитывать как многократно завышенные обеими сторонами цифры «побед», так и реальные итоги боёв, можно сделать вывод, что 24 июня советским лётчикам впервые удалось сравняться с противником по количеству сбитых.

26 июня ВВС РККА снова не повезло. Японцам удалось заманить группу командира 70-го ИАП майора Забалуева (27 И-16 и 13 И-15бис) под удар 57 истребителей. В результате группа потеряла 3 И-16 и 1 И-15бис. Два лётчика были сбиты над вражеской территорией и погибли. Ещё один самолёт, повреждённый в бою, был разбит при посадке, однако пилот отделался ушибами. По донесениям советских лётчиков, они сбили 10 японских истребителей, упавших на территории противника. Однако японцы утверждают, что 26 июня они не потеряли ни одного самолёта, сбив при этом 16 русских.
В общей сложности, по советским данным, многочисленные воздушные бои 24 и 26 июня закончились уничтожением 64 японских самолетов при собственных потерях в 16 машин. Японцы же утверждают, что в эти дни им удалось сбить 33 советских самолетов ценой 2 потерянных Ki-27.Увидев, что справиться с советской авиацией в воздушных боях не удаётся, командование Квантунской армии спешно вернуло в район боевых действий 11-й Сентай, после чего решило нанести массированный удар по советским аэродромам и уничтожить врага на земле. Утром 27 июня 2-й Хикошидан начал крупномасштабное воздушное наступление на базы противника в районе Тамсан-Булак в Монголии (приблизительно в 100 км к юго-востоку от Халхин-Гола). В налет на советские аэродромы отправилось свыше 30 вооруженных бомбами Ki-30 и Ki-21, которых сопровождали 74 Ki-27 из всех трех Сентаев. Группу возглавлял сам командир 2-го Хикошидана генерал Тецудзи Гига, летевший на разведчике Тачикава Ki-36. Однако внезапности достичь не удалось, и налет завершился жестоким 30-минутным боем, в котором с обеих сторон участвовало до 150 самолетов. Днем японцы повторили налет на советские аэродромы, включая Байн-Тумеи в 320 км к западу от Халхин-Гола. Всего в тот день (по японским данным) было сбито 99 советских самолетов, ещё 49 машин уничтожено на земле (советская сторона признала потерю 20 истребителей: 9 И-152 и 11 И-16). В свою очередь, советская сторона заявила в тот день об уничтожении около 100 японских самолетов. Реальные же потери японцев составили 4 самолета (2 Ki-27, 1 Ki-30 и 1 Ki-21). Рекордное число побед за один день - 11 – заявил сержант Хиромичи Синохара. Другой японский ас, старший сержант Бундзи Иосияма из 11-го Сентая, заявил об уничтожении 4 истребителей (3 И-16 и 1 И-152), после чего посадил свой Ki-27 к востоку от озера Буир-Нур, чтобы забрать сбитого ранее старшего сержанта Еизаки Сузуки.

Подводя итоги июньских боёв, надо отметить, что, несмотря на значительный рост численности и улучшение качественного состава, советским ВВС пока не удалось переломить ход воздушной войны. Однако японские лётчики стали вести себя более осторожно, и сообщений о «безнаказанных бомбардировках» советских войск уже не поступало.
Официальный подсчет побед за период с 1 по 30 июня вновь был далек от реальности: советские летчики заявили о 65 сбитых японцах, а самураи объявили об уничтожении 228 русских машин. Реальные же потери сторон составили 13 японских самолетов (11 Ki-27, 1 Ki-21 и 1 Ki-30) и 49 советских (17 И-16, 31 И-15 и 1 СБ).
Реляции об июньских успехах японских летчиков впоследствии сыграли с ними злую шутку: доклады о «разгроме» советской авиации – ведь количество заявленных побед было близко к общей численности русских самолетов! - привели к тому, что противник не озаботился подготовкой захвата господства в воздухе перед предстоящим наступлением. А это сказалось на ходе всей операции - рассчитывавшие безнаказанно бить с воздуха советско-монгольские части, японцы внезапно сами попали под удары неизвестно откуда свалившихся на их головы «уничтоженных» русских бомбардировщиков и истребителей.