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 произо-шло 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 за-хватить 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 К.Е. 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 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.
28 мая командир 57-го особого стрелкового корпуса комкор Фекленко в боевом донесении о ходе боев в районе реки Халхин-Гол доносил начальнику Генерального штаба РККА Шапошникову следующее:
"Прошу немедленно дать ответ, так как это связано
с планированием боя 29 мая:
1. Авиация противника господствует в воздухе.
2. Западный берег р. Халхин-Гол совершенно открыт и не дает никакого маневра, за исключением района горы Дзук-Хан-Ула, где местность легко пересеченная.
3. Наша авиация не в состоянии прикрыть наземные войска до захвата переправы...
4. Удержать восточный берег р. Халхин-Гол можно, но с большими потерями от авиации противника.
5. Прошу с наступлением темноты отвести части на западный берег и оборонять его, проводя бомбежку противника... (с) задачей уничтожить живую силу противника".
Меры были приняты самые радикальные. 29 мая из Москвы спецрейсом в Монголию вылетели три пассажирских самолета "дуглас". На их борту находилось 48 опытнейших советских летчиков, прошедших боевую школу в небе Испании и Китая. Среди них было 22 Героя Советского Союза. Возглавлял группу отечественных асов заместитель командующего Военно-Воздушными Силами РККА комкор Я.В. Смушкевич. Через несколько дней "дугласы" приземлились на аэродроме Тамцак-Булак.
Одновременно увеличивается численность советской авиации в Монголии. На полевых аэродромах в районе Тамцак-Булака и Халхин-Гола расположилось уже 150 истребителей и 116 бомбардировщиков. Противная сторона имела в районе конфликта 125 истребителей и 140 бомбардировщиков. Теперь воздушные силы сторон стали примерно равными, хотя их наращивание продолжалось.
В двадцатых числах июня в небе над Халхин-Голом начались упорные бои, в которых с каждой стороны участвовали уже по несколько десятков самолетов. 22 июня 105 советских истребителей столкнулись со 120 японскими. Противнику пришлось удалиться в Маньчжоу-Го, потеряв 31 машину. Потери советской авиации в том гигантском воздушном бою составили 14 самолетов, погибли 11 летчиков, в том числе командир 22-го истребительного полка забайкальцев майор Н.Г. Глазыкин.
Ожесточенные воздушные бои произошли 24 и 26 июня. Соотношение сил было равным - примерно по 50-60 самолетов с каждой стороны. Итогом этих двух воздушных боев стала утрата японцами 25 своих истребителей, которые были сбиты и от которых остались только обломки на монгольской земле.