На границе наступило временное затишье. Советско-монгольские войска занялись устройством полевых оборонительных позиций. На этот раз боевое охранение, которое вело круглосуточное наблюдение за противной стороной, было выставлено прямо на линии государственной границы.
Советский Союз еще раз предупредил Токио о недопущении новых агрессивных действий в отношении дружественной Монголии. Народный комиссар иностранных дел В.М. Молотов сделал еще одно официальное заявление по поводу дальневосточных событий:
На суше весь июнь боевых столкновений не происходило. Зато в небе шла настоящая воздушная война. Японская авиация, сосредоточенная на аэродромах близ города Хайлара, стремилась завоевать господство. 57-й особый корпус имел в своем составе 100-ю авиационную бригаду, состоявшую из истребительного и бомбардировочного полков. Но силы авиабригады заметно уступали противнику и численно, и по опытности летчиков.
Первое боевое столкновение в небе над Монголией произошло 22 мая над горой Хамар-Даба, когда пятерка советских истребителей столкнулась с пятеркой японских самолетов. Стороны потеряли в воздушном бою по одному самолету.
Советскому командованию становится ясно, что для воздушного прикрытия наземных войск сил 100-й авиационной бригады явно недостаточно. В тот же день 22 мая на полевые аэродромы в районе Баян-Туменя перебрасывается из Забайкальского военного округа 22-й истребительный полк в составе 63 истребителей И-15 и И-16. Через несколько дней в Монголию перебрасывается бомбардировочный полк в составе 59 бомбардировщиков СБ.
Начинается настоящая воздушная война, имевшая целью захватить полное господство в монгольском небе. 27 мая советские летчики опять встретились с противником. Над горой Хамар-Даба шесть советских истребителей вступили в бой с девятью японскими самолетами, потеряв при этом сбитыми два самолета.
В тот же день у командования 57-го особого корпуса состоялся нелицеприятный разговор по прямому проводу с наркомом обороны маршалом Ворошиловым, который высказал большое неудовлетворение Москвы потерями советской авиации.
На следующий день, когда начались бои на земле и японцев активно поддерживала их авиация, на перехват самолетов противника было приказано поднять в воздух 20 советских истребителей. Но из-за неисправностей удалось взлететь только трем. Все они были сбиты японцами.
Через два часа после этого боя девять советских истребителей взлетели с аэродрома Тамцак-Булак, чтобы прикрыть переправу через Халхин-Гол. Здесь их встретили 18 японских самолетов. В завязавшемся ожесточенном воздушном бою семь советских истребителей были сбиты и два повреждены. Пять летчиков погибли, остальным удалось благополучно приземлиться с парашютами.
За два дня воздушных боев потери советской авиации, в составе которой не оказалось летчиков с боевым опытом, исчислялись в 15 истребителей и 11 пилотов. Японская авиация потеряла всего одну машину. Такие потери оказались неожиданными и для неприятельского, и для советского командования. В Москве всерьез озаботились положением в монгольском небе.