随后外蒙骑兵数十名，又至哈拉哈河以东的诺门罕地区，经与伪满军交战后退回。
12日，在诺门罕地区的伪满军向海拉尔的指挥机关报告，约有700名外蒙骑兵再次进入到哈拉哈河以东。
驻守该地区的关东军第23师团得到了边境地区的情况报告时，正在召开有步兵团长、各联队长的会议，研究贯彻关东军司令部在长春师团长会议上下达的国境纷争处理要纲。
小松原中将根据关东军处理国境纲要的精神，决定出兵击退越境的外蒙军。
随后，小松原中将当即派出有力部队北上，打算一举解决该地区的边境纠纷。此战小松原派出的部队有师团搜索队以及第64联队的第1大队，另外还有驻海拉尔的伪满警备部队上百人。
情况上报到关东军司令部之后，关东军司令部对于这一计划非常的支持，决定将驻齐齐哈尔的飞行侦察第10战队、海拉尔的飞行第24战队、关东军汽车队部队的运输汽车100辆，归23师团指挥和使用。
为了保密，由东八百藏指挥的搜索队，连同配属的步兵及伪军，于5月13日晚间21点，全部乘汽车出发。
他们到达了距诺门罕地区尚有约80公里的甘珠尔庙之后，即派出侦察和进行作战准备。
5月15日中午，由侦察、轻轰炸机第10战队配合，向哈拉哈河以东的外蒙军742高地发动攻击。
外蒙部队，见到居于优势并有空军配合的日军之后，乃主动撤向河西。飞行第10战队，则对外蒙军的驻地帐篷进行了轰炸。
小松原根据东八百藏中佐的报告，于15日22时决定，除留伪满军一部，以加强该地区的警备外，其它的派出部队全部撤回。
东八百藏所率的部队，于17日回到了海拉尔。包括小松原中将在内的整个第23师团高层都认为，这次事件应该到此结束了。
但是却不知道他们这次行动等于打开了潘多拉的魔盒，最终引发了一场空前大战，甚至于将会影响日本的国运。
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