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, в основном, базировались 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».

Согласно советской версии, противник, имея «около 120 самолетов», потерял в этот день 25 истребителей (потом пересчитали и получили 31), наши потери составили 17 машин и 11 летчиков. Японцы, у которых с утра в наличии было всего 18 исправных Ki-27, записали на свой счет 57 советских самолетов, списав безвозвратно семь своих машин и четырех пилотов. В общем, обе стороны считали себя победителями и в реляциях давали полную волю фантазии. Получив неожиданно сильный отпор, японское командование срочно перебросило на передовые аэродромы еще 59 истребителей.

24 июня вновь разгорелись бои за господство в воздухе. С утра две восьмерки И-16 и девятка И-15бис 70-го авиаполка вылетели на перехват двадцати японских истребителей, появившихся над Халхин-Голом. По заявлению советских летчиков, было сбито семь самолетов противника. Японцам удалось сбить два И-15бис. Днем впервые отправились на боевое задание бомбардировщики СБ:

23 машины 150-го полка успешно отбомбились по японским войскам на восточном берегу реки и без потерь вернулись обратно. Вечером состоялся еще один воздушный бой, в котором приняли участие 54 советских истребителя и около 40 японских. По итогам дня каждая из сторон потеряла две машины с двумя пилотами и отчиталась об «уничтожении» 16–17 машин противника. 26 июня над озером Буир-Нур произошла схватка 81 советского истребителя и 60 японских.

Чтобы изменить соотношение сил, командование Квантунской армии решило нанести внезапный удар по аэродромам, на которые 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.