Чтобы изменить соотношение сил, командование Квантунской армии решило нанести внезапный удар по аэродромам, на которых базировалась советская авиация. Ранним утром 27 июня 30 бомбардировщиков под прикрытием 74 истребителей атаковали стоянки 22-го истребительного авиаполка в районе Тамцак-Булака и 70-го истребительного авиаполка в районе Баин-Бурду-Нур.

Японцам удалось достичь тактической внезапности, «ишаки» 22-го полка взлетали уже в ходе налета. Однако отбомбились «самураи» исключительно плохо – в аэродром практически не попали. В короткой «контратаке» советские летчики сбили два истребителя и два бомбардировщика противника, потеряв три своих. 70-му полку повезло меньше: на земле и на взлете было уничтожено 14 самолетов – девять И-16 и пять И-15 бис, погибли комиссар полка Мишин и шесть летчиков. В 13.00 японцы произвели налет на тыловой аэродром Баин-Тумен, где дислоцировались бомбардировщики СБ и группа истребителей прикрытия. Здесь «самураи» снова «промазали», советские потери составил один И-15бис и один убитый моторист. Всего по итогам дня советская авиационная группировка недосчиталась двадцати боевых машин. Можно сказать, повезло, так как японцы бомбили с больших высот и не практиковали штурмовку наземных целей истребителями.

Штаб Квантунской армии на радостях раструбил об уничтожении на земле и в воздухе 148 советских самолетов. ТАСС выступило с опровержением, в котором говорилось: «От бомбардировки пострадали два домика в Баин-Тумен, при этом было ранено 5 человек». Газета «Правда» 29 июня откликнулась статьей «Невежественные хвастуны из штаба Квантунской армии», высмеивавшей «современных мюнхгаузенов, пытающихся выдать черное за белое» и приводившей «истинные потери» обеих сторон с 22 по 28 июня: японские – 90 самолетов, советские – 38.

Пропаганда пропагандой, но можно констатировать, что, несмотря на количественный и качественный рост, в июне советским ВВС не удалось переломить ход воздушного сражения в свою пользу. Боевые потери составили 44 истребителя – японцы потеряли вдвое меньше. Биплан И-15бис показал свою неспособность сражаться на равных с Ki-27; он уступал «японцу» по всем параметрам, кроме огневой мощи, а низкая скорость не позволяла ему догонять бомбардировщики. В дальнейшем оставшиеся в строю «бисы» постепенно вывели из состава полков, сформировав из них эскадрильи прикрытия аэродромов.

Уровень летного мастерства, отличная стрелковая подготовка большинства японских пилотов в начале конфликта были заметно выше, чем у советских авиаторов. Полковник Куцевалов указывал в своем отчете: «Японские летчики хорошо обучены групповому воздушному бою. Они соблюдают правило «бить не того, кто бьет тебя, а того, кто бьет твоего товарища», демонстрируют принцип взаимовыручки, в критические моменты бросая свою жертву, чтобы выручить товарища… Противник всегда стремится к высоте, внезапности, скрытности». Благодаря этому в течение довольно долгого времени «господство в воздухе численно меньшего противника оставалось за ним». Ветеран испанской войны старший лейтенант Яманов писал: «Самураи всегда имеют преимущество в высоте, не бросаются в атаку при виде большой группы, а имеют одиночек, которые выскакивают, дают очередь и снова встают в строй. В разбитом строю всегда лезут вверх. Стреляют из любых положений»; у нас же: «Ведущие групп, завидя противника, ходят на полных газах, растягивают группу, в бой вступают некомпактно и зачастую с невыгодных позиций… Больше боялись своих, чем противника, и выбрать цель было трудно. Гонялись за одиночными самолетами большими группами, мешая друг другу».

В советских летных училищах и частях практически не отрабатывались приемы группового взаимодействия. «У нас много учат индивидуальному бою отдельных самолетов, но не учат групповым боям. А на Халхин-Голе все бои – большими группами», – писал летчик Филиппов. Старший лейтенант Бобров: «Бросалось в глаза то, что И-97 всегда находились выше нас на 500 – 1000 м». Прямо на войне они учились держать строй, использовать солнце и облака для внезапного удара, правильно распределять силы, учитывать упреждения при стрельбе, эшелонировать боевые порядки по высоте и не бросаться в атаку «очертя голову».

В первых числах июля советская авиация в Монголии получила из Союза образцы новой техники: 20 «секретных» бипланов И-153 «Чайка» (им первое время даже запрещали пересекать линию фронта) с более мощным и высотным мотором М-62 и семь пушечных И-16П. Всего в наличии имелось около 300 самолетов, численность японской авиации разведкой оценивалась в 312 машин и была завышена втрое.

2 июля начался «второй период Номонханского инцидента». Под прикрытием отвлекающего фронтального удара по советскому плацдарму основная группировка генерала Кобаяси, совершив обходной марш, в ночь на 3 июля форсировала Халхин-Гол, заняла гору Баин-Цаган и двинулась на юг к советской переправе. С рассветом в битву вступила авиация. Японские бомбардировщики совершали вылеты на поддержку своих наземных войск, потеряв от зенитного огня и атак истребителей четыре самолета. В 11 часов Г.К. Жуков бросил в контратаку 11-ю танковую бригаду, одновременно 73 СБ с высоты 3000 метров сбросили бомбы на вражеские позиции у Халхин-Гола, Хайластын-Гола и озера Яньху. В 17 часов бомбардировщики 150-го полка совершили повторный налет. Противнику удалось сбить три СБ. Несколько раз в течение дня японские позиции на горе Баин-Цаган штурмовали И-15бис. Жестокие бои кипели еще двое суток и закончились разгромом противника. По итогам «баин-цаганского побоища» советские потери составили 16 машин, в том числе 12 бомбардировщиков. Японцы признали гибель четырех своих самолетов.

СБ уже не могли отрываться от истребителей противника за счет скорости, что моментально подтвердилось в нескольких схватках, где Кi-27 смогли перехватить группы бомбардировщиков, идущие без прикрытия. К тому же в бомбардировочной группе имелись СБ с моторами М-100 и М-103, и вся «эскадра», соблюдая строй в воздухе, вынужденно равнялась «по последнему». В итоге полет проходил на высотах 4000–4500 метров со скоростями 280–300 км/ч, и машины становились добычей зенитной артиллерии, тем более что противозенитному маневру «в школе» тоже не учили. Из-за значительных потерь СБ было приказано повысить потолок бомбометания до 7000 метров, что не могло не повлиять на эффективность применения, и сопровождать их сильным истребительным эскортом. Да! На бомбовозах таки были рации, но для связи с землей и наведения на цель их не использовали – это было запрещено из-за боязни радиоперехвата.

Нашли применение на Халхин-Голе и тяжелые ТБ-3, составившие отдельный отряд ночных бомбовозов численностью 23 машины, который возглавил майор Егоров. Они включились в боевую работу в ночь с 7 на 8 июля. Загрузив по две тонны «полезного груза», самолеты с наступлением сумерек вылетали на задание группами по 3–9 машин, но бомбометание каждый осуществлял индивидуально с высоты 1500–2000 м. Действия ТБ-3 в основном носили беспокоящий характер и продолжались до конца августа. За это время они совершили 160 боевых вылетов, потерян только один «корабль», разбившийся при посадке. Кроме того, группа старых самолетов с моторами М-17 использовалась для санитарных и грузовых перевозок.

15 июля 57-й особый корпус был преобразован в Первую армейскую группу, которую возглавил комдив Г.К. Жуков. Командующим ВВС 1-й АГ стал комбриг А.И. Гусев, а командующим истребительной авиацией – майор И.А. Лакеев. В состав 22-го и 70-го истребительных авиаполков вливались новые эскадрильи и отдельные летчики, прибывавшие с территории Советского Союза.