К вечеру 25 августа советско-монгольские наземные части, закончив окружение противника, перешли к уничтожению отдельных очагов сопротивления.
Боевые действия советской бомбардировочной авиации, успешно выполнившей поставленные перед ней задачи по уничтожению и подавлению войск противника, свелись только к ведению разведки. За весь этот период на разведку произведено шесть самолетовылетов бомбардировщиков СБ в районы: Бурду-Нур, озера Табун, железнодорожных станций Солунь и Халун-Аршан, озера Буир-Нур, Керуленского моста и Дунду-Тово-Хошу-Сумэ.
В то же время авиация МНР (самолеты Р-5) произвела 15 вылетов в районы скопления войск противника — в Джинджин-Сумэ и Депден- Сумэ. Бомбометание производилось одиночными самолетами с интервалами 10–15 минут на высоте 1500–2000 м.
Кроме того, 26–28 августа было произведено три самолетовылета бомбардировщиков ТБ-3 для ночного бомбометания по скоплению войск противника в районах Джинджин-Сумэ и Депден-Сумэ.
С 28 по 31 августа истребительная авиация совершала штурмовые налеты на позиции японцев и на их аэродромы на маньчжурской территории. Так, 28 августа с 10 часов до 15 ч. 25 мин. было произведено три налета (88 самолетовылетов И-16) на аэродром противника в районе северо-восточнее озера Яньху. В результате на земле было уничтожено 18 самолетов: десять И-97, пять Р-97 и три самолета «Дуглас».
В официальных изданиях указывается, что 31 августа 1939 г. конфликт на реке Халхин-Гол закончился и с 1 сентября советско- монгольские войска приступили к охране государственной границы МНР.
Однако на самом деле бои продолжались. 4 сентября 1939 г. два батальона 2-й пехотной дивизии вторглись на территорию МНР, но были отброшены советскими войсками, потеряв около 35 человек.
Наиболее интенсивные боевые действия шли в воздухе. Советская бомбардировочная авиация регулярно проводила разведку на глубину до 150 км в глубь маньчжурской территории в районах Ламыйн-Сумэ, озера Табун, озера Бурду-Нур, озера Буир-Нур, Керуленского моста и Дунду-Тово-Хошу-Сумэ. Бомбометание было произведено лишь один раз — 2 сентября в 12 ч. 25 мин. по району устья реки Нумургин-Гол. Бомбардировка велась с высоты 2 км под прикрытием истребителей.
Истребительная авиация ежедневно вела патрулирование в районах Тамцак-Булак, Ханыширэ, озера Узур-Нур, Номон-Кан-Бурд-Обо, озера Яньху и озера Буир-Нур. Велась разведка маньчжурской территории в районах устья реки Нумургин-Гол, озера Узур-Нур, Ганьчжур и озера Буир-Нур. Проводились штурмовые действия по скоплениям войск противника в районах реки Нумургин-Гол и Эрис-Улыйн-Обо.
1 сентября произошел воздушный бой в районе реки Хайластын-Гол, на высоте 3500–5000 м. В бою участвовали 188 советских истребителей и до 120 истребителей противника. Бой этот продолжался больше часа. Советские летчики сбили двадцать японских самолетов: 19 И-97 и один Р-97. Один из японских летчиков, выбросившийся на парашюте, приземлился на монгольской территории и при попытке захватить его в плен застрелился.
2 сентября происходили воздушные бои в районе горы Хамардаба и реки Нумургин-Гол, на высоте 3500–5000 м. В бою участвовали 175 советских истребителей и до 100 истребителей противника. Бой продолжался от 30 минут до одного часа. Было сбито 8 японских самолетов: шесть И-97 и два И-95. Советская сторона тоже понесла потери: из боя не вернулся один истребитель.
4 сентября произошло два воздушных боя: в районе юго-восточнее Ширен-Обо и в районе устья реки Нумургин-Гол. В бою участвовали 57 советских истребителей и 24 японских И-97. Бой длился от 20 до 45 минут. В результате было сбито десять И-97. В воздушном бою были сбиты два наших истребителя и еще один пропал без вести.
5 сентября на высоте 2000 м в районе устья реки Нумургин-Гол произошел воздушный бой 62 советских истребителей и 25 японских истребителей (20 И-95 и 5 И-97). Бой продолжался 30–45 минут. Советские летчики сбили семь И-95 и один И-97 и потеряли два своих самолета: один был сбит огнем зенитной артиллерии и еще одна машина не вернулась из боя.
14 сентября в воздушном бою было сбито четыре японских истребителя, с советской стороны потерь не было.
15 сентября произошел последний крупный воздушный бой, завязавшийся при отражении воздушного налета противника (до 120 бомбардировщиков и истребителей) на аэродромы 22-го истребительного авиаполка в 45 км юго-западнее горы Хамардаба и 56-го истребительного авиаполка в 35 км западнее горы Хамардаба. Бой велся на высотах от 600 до 3000 м. В этом бою с советской стороны участвовало 212 истребителей, а со стороны противника — до 180 самолетов. Советские летчики сбили двадцать И-97 и один японский бомбардировщик, потеряв при этом пять своих машин.
Совместная фотография советско-монгольской и японской делегации на переговорах по прекращению огня в районе р. Халхин-Гол. (17 сентября 1939 г.)
Всего с 1 по 16 сентября советская авиация произвела 2010 самолетовылетов. Из них бомбардировщики СБ сделали 57 вылетов — 40 на бомбометание и 17 на разведку. Истребители произвели 1953 вылета, из которых 89 на штурмовку войск противника и 140 на разведку.
За этот период был сбит 71 японский самолет, из них истребителей — 68, бомбардировщиков — 1 и разведчиков — 2. Интересно, что среди сбитых японских самолетов впервые появились устаревшие истребители И-95.
На правительственных переговорах было достигнуто соглашение о прекращении военных действий. С двух часов дня 16 сентября 1939 г. боевые действия наземных войск и авиации с обеих сторон были прекращены.
Согласно достигнутой договоренности, 23 сентября советские войска открыли доступ японским похоронным командам на территорию МНР, в район военных действий. По условиям соглашения, японские офицеры были при саблях, а солдаты — при штыках, огнестрельное оружие провозить было запрещено. Откапывание и вывоз трупов длились целую неделю. Над японскими позициями по ту сторону границы с утра до поздней ночи стлался черный дым — японцы жгли останки своих воинов.
1 сентября 1939 г. газета «Правда» официально заявила о поражении японцев на реке Халхин-Гол: «20 августа монголо-советские войска во взаимодействии с монголо-советской авиацией перешли в наступление по всей линии к востоку от реки Халхин-Гол. В течение 21–28 августа японо-маньчжурские войска, окруженные с обоих флангов монголо-советскими войсками, понеся большие потери в людском составе и материальной части, были ликвидированы.
Попытки небольших частей японо-маньчжуров снова перейти в наступление были отбиты монголо-советскими войсками. В ночь с 28 на 29 августа остатки японо-маньчжурских войск были ликвидированы на территории МНР и монголо-советские войска прочно закрепились на рубеже вдоль государственной границы МНР.
На сторону монголо-советских войск добровольно перешли 294 маньчжура с оружием, во главе с офицерами 14-го пехотного полка 1-й смешанной бригады маньчжурских войск.