朱可夫的指挥，那叫一个“稳、准、狠”！他先是利用日军初期的骄狂和轻敌，诱敌深入，在哈拉哈河东岸与日军展开激烈的拉锯战，消耗日军的锐气和补给。然后，他秘密地从后方调集了强大的预备队，包括数个坦克旅和摩托化步兵师，以及大量的炮兵和航空兵部队。
到了8月下旬，朱可夫觉得时机成熟，一声令下，苏蒙联军在空地一体的密切协同作战下，对突入哈拉哈河西岸的日军主力（主要是第23师团）发动了毁灭性的钳形攻势！苏军的坦克集群像铁犁一样，反复冲击和碾压日军的步兵阵地；苏军的炮兵火力也远比日军猛烈和精准，几乎是将日军的阵地犁了一遍又一遍；苏军的飞机更是牢牢掌握着制空权，对日军的地面部队、炮兵阵地和后勤补给线进行着不间断的轰炸和扫射。
而日本陆军呢？他们的坦克（主要是八九式中战车和九五式轻战车）在苏军的BT坦克面前，简直就像纸糊的一样，一打就穿；他们的反坦克武器也根本对付不了苏军的坦克集群；他们的步兵在苏军的立体火力打击下，伤亡极其惨重，成建制地被消灭。所谓的“武士道精神”，在钢铁洪流和绝对的火力优势面前，显得是那么的苍白无力。
在这场战役中，臭名昭着的、从事细菌战研究的日本关东军防疫给水部，也就是我们通常所说的“731部队”，也偷偷摸摸地参与了进来，进行了他们第一次（也可能是少数几次）大规模的“实战应用”！据一些战后解密的资料和历史学家的研究，731部队的成员，曾在哈拉哈河战役期间，向上游水源中投放霍乱、伤寒、痢疾等致命病菌，或者通过飞机播撒带有病菌的跳蚤等媒介，企图通过这种惨无人道的细菌战，来削弱苏蒙联军的战斗力，挽回地面战场的颓势。这种丧心病狂、毫无人性的战争罪行，虽然因为各种原因（比如苏军提前获取情报，采取了严格的防疫措施、或者病菌投放的时机和效果不佳等），并没有在当时对战局产生决定性的影响。反而日军自己为保守秘密，对自己士兵没有任何告知导致其1300多人感染细菌而死亡，真是“吃鸡不成蚀把米”。
诺门罕战役，最终以日军的惨败而彻底告终。据估计，日军的伤亡人数高达五万多人（其中阵亡和失踪近两万人），精锐的第23师团几乎被打残，大量的武器装备被摧毁或缴获。而苏军的伤亡虽然也不小（约两三万人），但在战略上却取得了决定性的完胜。
这场发生在亚洲腹地不毛之地的激战，其影响是极其深远的：
它像一记响亮的耳光，彻底打醒了日本陆军内部那些鼓吹“北进”苏联的狂热分子。他们终于清醒地认识到，苏联红军远非他们想象的那样不堪一击，真要跟苏联全面开战，日本恐怕占不到任何便宜，甚至可能把自己给彻底搭进去。从此以后，“北进论”在日本军部内部彻底失势。
它使得日本军部内部，“南下派”的势力迅速抬头，并最终压倒了“北进派”。既然北边这条路布满了荆棘和陷阱，走不通了，那就只能掉过头来，把目光投向南边那些看似“软弱可欺”的欧美殖民地了。
它也间接地影响了后来的苏德战争的进程。因为日本在诺门罕被打怕了，所以当1941年6月德国“闪电”入侵苏联、希特勒一再催促日本从远东出兵夹击苏联的时候，日本军部始终犹豫不决，顾虑重重，最终没有下定决心出兵。这使得斯大林能够在莫斯科保卫战最危急的时刻，放心地从远东军区抽调了数十万精锐的西伯利亚师增援莫斯科，这些生力军的到来，对扭转莫斯科战局、并最终粉碎德军的攻势，起到了至关重要的作用。从这个角度看，朱可夫在诺门罕的胜利，不仅保卫了蒙古，也间接地为保卫莫斯科立下了奇功。
诺门罕的炮声刚刚平息，欧洲那边，第二次世界大战的战火就全面燃起了。德国“闪电”入侵波兰，英法对德宣战。日本一看，世界大乱，这可是浑水摸鱼、实现自己“大东亚共荣圈”美梦的“天赐良机”啊！
为了确保在自己集中精力实施下一步战略行动时，北方的苏联不会在背后捅刀子，也为了从诺门罕惨败的阴影中暂时解脱出来，日本政府开始积极寻求与苏联改善关系，或者至少是达成一种暂时的“互不侵犯”的默契。
《日苏中立条约》：各怀鬼胎的“暂时妥协”与最后的幻想破灭 (1941年4月)
1941年4月13日，日本外相松冈洋右（这位爷可是个坚定的“三国同盟”和“南进论”的鼓吹者）在访问欧洲、途径莫斯科时，与苏联外长莫洛托夫，在克里姆林宫斯大林的亲自见证下，签署了为期五年的《日苏中立条约》。条约规定，缔约双方保证互相尊重领土完整和不可侵犯，并在一方与第三国发生军事冲突时，另一方保持中立。
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