Вверху страницы помещена таблица численности советской авиации на Халхин-Голе по данным на 17 августа. При сравнении цифр из этой таблицы с данными предыдущей, сразу обращает на себя внимание резкое (почти в два раза) сокращение количества «Чаек». Этот факт нельзя объяснить боевыми либо небоевыми потерями, так как за первую половину августа не было сбито ни одного И-153, и лишь одна машина 11 августа разбилась в авиакатастрофе. Вероятно, часть новых истребителей почему-то вывели из боевого состава. О причинах можно только догадываться, так как документов на сей счет не сохранилось. Интересно, что в таблице, составленной всего три дня спустя, по данным на 20 августа, количество «Чаек» вновь увеличилось до 70 машин. Таким образом, к 20 августа советская авиагруппировка на Халхин-Голе достигла своей максимальной численности. Для запланированной на это число августа решающей наступательной операции требовалось накопление крупных запасов материальных средств. В начале месяца при штабе ВВС 1 АГ был создан отдел тыла, состоящий из подотделов общевойскового снабжения, материально-технического снабжения, вооружения и огнеприпасов, снабжения горюче-смазочными материалами, автотранспорта, ремонта и аэродромной службы.
Сложности тылового обеспечения обуславливались отсутствием на большинстве полевых аэродромов складских помещений для хранения топлива, боеприпасов и другого имущества. Большая его часть складировалась прямо на земле под открытым небом. Однако сухой климат монгольской степи и относительно небольшие сроки хранения делали такую вынужденную меру оправданной.
За две декады августа резервы авиационного горючего и боеприпасов удалось довести до 9-10 боекомплектов и 15 заправок топливом на каждый самолет.
В ходе подготовки к наступлению в Монголию были переброшены 8-й и 32-й истребительные полки ‹19›, однако эти части считались резервными, в состав ВВС 1 АГ не входили и в боевых действиях участия не принимали. Поэтому при дальнейших расчетах численности авиагруппировок враждующих сторон они не учитываются.
19-го августа небо очистилось, и летчики 22-го иап ознаменовали это успешной штурмовкой аэродрома 64-го истребительного сентая. Два Ки-27 были сожжены на стоянках. В тот же день СБ разбомбили железнодорожную станцию Халун-Аршан, через которую шел основной поток снабжения японских фронтовых частей. Один экипаж на аэродром не вернулся.
20 августа, после долгой и тщательной подготовки советско-монгольские войска начали наступательную операцию по окружению и уничтожению японской группировки на восточном берегу Халхин-Гола.
В 5.45 утра по японским позициям нанесли удар 150 (по другим данным – 153) бомбардировщиков СБ под прикрытием 144 истребителей. СБ бомбили прицельно, с высот от 2500 до 3000 метров, так как многочисленный и надежный истребительный эскорт позволял им не опасаться перехвата. А специальные штурмовые группы И-16 общей численностью 46 самолетов подавили огонь зенитной артиллерии. В ходе налета ни один Ки-27 над полем боя так и не появился.
В 6.15 началась артиллерийская подготовка, которая продолжалась до 9.00. За 15 минут до ее окончания нанесла удар вторая волна бомбардировщиков. 52 СБ в сопровождении 162 истребителей отбомбились по японским укреплениям в долине реки Хайластын-Гол. После налетов весь восточный берег Халхин-Гола покрылся дымом пожаров.
В этот раз японские истребители, «очнувшись», пытались воспрепятствовать авиаудару. Им удалось прорваться к бомбардировщикам и повредить три самолета. Все экипажи СБ вернулись на свои аэродромы, но у одной машины при посадке подломилась перебитая пулями стойка шасси, а другая села на одном моторе. Позже в ней насчитали около 500 пробоин, однако по счастливой случайности никто из членов экипажа не пострадал. Самолет отправили в капитальный ремонт.
Сразу по окончании артподготовки под торжественные аккорды «Интернационала», зазвучавшие из нескольких мощных репродукторов, установленных прямо на передовой, пошла в атаку пехота и танки. Эффект от артиллерийских и воздушных ударов был столь силен, что уцелевшие японские орудия смогли открыть огонь только спустя полтора часа.