После возобновления советских атак, было срочно послано подкрепление в виде 1-го Сентая (командир — подполковник Тошио Като) из двух Чутаев, а численность 11-го Сентая довели до четырех Чутаев, чего по общему признанию было явно недостаточно. Всего на вооружении двух Сентаев имелось только 59 Ki-27, которые базировались на аэродромах Канджур-Миао, Саниджо, Хоши и других. Подкрепление прибыло как раз вовремя, потому что через день, 24 июня, Советы повторили попытку захватить превосходство в воздухе. Два дня спустя они атаковали снова. По советским данным, многочисленные воздушные бои 24 и 26 июня закончились уничтожением 64 японских самолетов при собственных потерях в шестнадцать машин. Японцы утверждают, что 24 июня им удалось сбить 17 советских самолетов ценой двух потерянных Ki-27, а 26 июня — 16, без потерь со своей стороны.
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 утренний налет на советские аэродромы отправилось свыше 30 вооруженных бомбами Ki-30, Ki-21 и Фиатов BR-20, которых сопровождали 74 Ki-27 из всех трех Сентаев. Группу возглавлял сам командир 2-го Хикошидана генерал Тецуджи Гига, летевший на разведчике Тачикава Ki-36. 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. По японским данным было сбито 99 советских самолетов, еще 49 машин было уничтожено на земле (Советы признали потерю двадцати истребителей: девяти И-152 и одиннадцати И-16). Потери японцев составили четыре или пять самолетов, включая два Ki-27. Рекордное число побед за один день — одиннадцать — одержал сержант Хиромичи Синохара. Другой японский ас, старший сержант Бунджи Йошияма из 11-го Сентая, сбил четыре истребителя (три И-16 и один И-152) и посадил свой Ki-27 к востоку от озера Буир-Нур, чтобы забрать сбитого ранее старшего сержанта Еизаки Сузуки. По советским данным в тот день было сбито около 100 японских самолетов. Несмотря на победные реляции, сообщение о налетах было с беспокойством и раздражением воспринято Дайхоней (японским Генеральным Штабом) в Токио. Японское правительство опасалось эскалации конфликта и запретило в дальнейшем проводить налеты на советские аэродромы.