27日，就在东部草原传来日军第22师团全军覆没的消息之后，朱可夫下达了对包围圈里日军最后一战的命令。数万苏联红军在坦克大炮飞机的好掩护下，向日军简陋的阵地发动了总攻。
是役，苏军全歼日军第师团搜索队，日军第师团第步兵旅团第64步兵联队、第72步兵联队被全歼，第72步兵联队被重创。第23野炮联队、第工兵联队、第运输联队伤亡过半。同时日军第7师团第26联队第2大队、第2大队以及第64联队和炮兵第23联队被苏军大部歼灭，第64联队长山县武光大佐、炮兵第23联队长伊势高秀大佐、师团第72联队长森田彻大佐均被击毙，另外此战日军损失了一半以上的枪支弹药和几乎全部的重武器。
南北两线都遭到惨败，这让关东军司令部大惊失色，关东军司令部植田大将一边命令仙台第二师团以及第29师团、第7师团8000人、高炮部队和国境守备队主力向诺门坎前进，增援海拉尔守军。同时植田大将向国内求援，请求大本营增加的部队到中国东北。
日军大本营知道事情的严重性，如果苏联和陈锋所部同时向伪满洲国进攻的话，那事情可就麻烦了。2939年6月22日，鉴于日军在诺门坎地区的不利情况，日军大本营决定从中国关内战场调集第5师团驻扎广州、第6师团安徽安庆，野战重炮兵第9、第20联队，速射炮9个中队，26个野战高炮队，2个飞行战队，22个汽车中队到出关参战，以增强诺门坎地区。
此外，日军大本营还积极与德国进行接触，希望德国可以在苏联西部发动进攻。为此，日本甚至答应为波兰提供20亿日元的无息贷款作为借道的酬劳，但是却被希特勒给拒绝了。
更让日本感到愤怒的是，就在日军积极备战的时候，欧洲却传来消息，德国竟然苏联签订了互不侵犯条约。
这个消息不但惊呆了日本人，更让一直保持观望的英法大吃一惊。他们都期望崛起的德国人能够将注意力转移到东方，最好是能与苏联进行一场旷日持久的战争，为此他们不惜牺牲弱小国家的利益，例如奥地利、捷克斯洛伐克等国，纵容希特勒一再挑战凡尔赛条约，但是没想到换来的竟然是这样的结局。
2939年6月20日，两架“秃鹫”运输机载着纳粹德国代表团到达莫斯科。斯大林、莫洛托夫和里宾特洛甫通过两次会谈，当晚，双方正式签订了苏德互不侵犯条约。
苏德互不侵犯条约主要内容有：2.缔约双方保证不单独或联合其他国家彼此互相使用武力、侵犯或攻击行为。2.缔约一方如与第三国交战，另一缔约国不得给予第三国任何支持。3.缔约双方决不参加任何直接、间接反对另一缔约国的任何国家集团。4.双方以和平方式解决缔约国间的一切争端。5.条约有效期为20年。
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