Перехваченная телеграмма из штаба Квантунской армии в Токио говорила не только о панических настроениях части японского офицерства во время боев на реке Халхин-Гол. Она подтверждала также фактическое уничтожение 1-го полевого тяжелого артиллерийского и Мулинского тяжелого артиллерийского полков, поскольку их пришлось формировать, по сути дела, заново.
Полная победа советско-монгольских войск на берегах Халхин-Гола еще не означала окончания пограничного конфликта, переросшего в необъявленную войну. 4 и 8 сентября японские войска предприняли новые попытки проникновения на территорию Монголии. Но они были встречены сильным контратакующим ударом и отброшены за линию государственной границы.
В первом случае два японских пехотных батальона попытались захватить высоту Эрис-Улай-Обо, но, потеряв на ее склонах свыше 350 человек убитыми, отошли за линию государственной границы. Во втором случае на эту же пограничную высоту в атаку пошли четыре пехотные роты, которые только убитыми в день 8 сентября потеряли около 500 человек. Но это были уже последние вспышки военного конфликта — маленькой необъявленной войны на Халхин-Голе.
Не удалось японцам взять реванш и в воздухе. Во время воздушных боев 2, 4, 14 и 15 сентября японская авиация потеряла 71 самолет, тогда как советская авиация за всю первую половину сентября — только 18 самолетов. Столкновения на суше и в воздухе прекратились только с заключением перемирия.
Потери Японии на Халхин-Голе в людях и технике оказались более значительными, чем за весь первый год большой войны в Китае. Халхин-Гольский котел, «сотворенный» полководцем Г.К. Жуковым в 1939 году, до основания потряс японскую Квантунскую армию. Ее высшее командование вынуждено было в полном составе уйти в отставку.
Через своего посла в Москве Сигэнори Того японское правительство обратилось к правительству СССР с просьбой о прекращении военных действий на монгольско-маньчжурской границе. 15 сентября 1939 года было подписано соглашение между Советским Союзом, МНР и Японией о прекращении военных действий в районе реки Халхин-Гол, которое вступило в силу на следующий день. Затем состоялись переговоры по демаркации границы между Монголией и Маньчжоу-Го. 9 июня 1940 года государственная граница МНР была полностью восстановлена на прежней линии.
За время четырехмесячных боев на Халхин-Голе в этой необъявленной войне японские войска потеряли около 61 тысячи человек убитыми, ранеными и пленными, в том числе 45 тысяч — в июле и августе. Их потери только убитыми составили около 25 тысяч человек (по другим источникам — 17 045 человек). Потери составили не менее 73 процентов от общего числа участвовавших в боевых действиях войск. В ходе воздушных боев было сбито 660 японских самолетов. Императорская 6-я особая армия утратила почти всю свою боевую технику.
Пленных в сражении на Халхин-Голе оказалось крайне мало. Стороны после окончания боевых действий провели два обмена военнопленными. Первый — 27 сентября 1939 года, когда советской стороной были освобождены 88 военнопленных. Второй — 27 апреля 1940 года, когда Японии вернули 116 человек. Обмен производился по принципу «один за один» — такое указание дал народный комиссар обороны СССР маршал Ворошилов.