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1939年5月22日，卫生队一大早便尾随山县支队出发。这支随军卫生队由卫生兵、担架兵、辎重兵组成，临时队长就是松本本人。
早上的呼伦贝尔草原天气晴朗，气候宜人，似乎突然换了一副面孔，卫生队成员们因此心情轻松，路上笑声不断，犹如小学生郊游一样。
野战部队均由师团汽车队负责运送，而卫生队全是跟着运输马车步行，因此前后很快拉开距离。5月22日午后，搜索支队、山县支队率先到达了诺蒙坎。
按照小松原的要求，山县没有马上接战，而是一面隐蔽作战企图，一面进行地形和敌情的侦察。
在陆军按兵不动的同时，空战的锣梆已经提前敲响。继日军航空兵击落苏军侦察机后，双方战斗机面对面地展开了首次交锋。
乘车抵达诺蒙坎的日军士兵。
当天，苏军出动了伊-16战斗机群，“燕子”们在诺蒙坎的上空比翼齐飞，日军应战的是九七式战斗机，代号Ki-27，简称九七战。
一场对攻下来，苏军落败，伊-16不是被击落，就是被击伤。意识到对手来者不善，苏军迅速将第二十二驱逐机团调到蒙古东面的图们机场，以与日军航空队相抗衡。
第二十二驱逐机团拥有二十八架伊-16和三十六架伊-15。伊-15俗称“黄莺”，这是一种老式的双翼机，但其优点是发动机功率很大，能在空中停留很长时间，理论上应该比“燕子”更适合空战。
可是理论只是理论，实战中，“黄莺”显得很是笨拙。在5月23日发生的新一轮空战中，苏军一个战斗机大队全军覆没。
通过空战和对地面机场的侦察，日军航空队发现了苏联空军的大幅度增兵趋向，并由此判断，当时苏联战机的数量已经超出日军。
关东军司令部真有个好婆婆的样，为了帮助第二十三师团取得制空权，植田第一时间便下令再增派一个飞行战队，在海拉尔组成第十二飞行团，其中第十战队为侦察和轻轰炸机战队，第十一、十二战队为战斗机战队。
5月24日，第十二飞行团长东荣治少将奉令从哈尔滨进驻海拉尔，对今后的空中作战进行统一指挥。
东荣治一到海拉尔，便着手建筑野战机场群，部署空、地勤部队，摆出了放手一搏的架势。5月24日这一天，日苏飞行员们再次在诺蒙坎的空中展开惊心动魄的大血拼。
苏联空军预定以战斗机大队的形式，组织“燕子”与“黄莺”联合作战。因伊-15飞行速度较慢，伊-16大队提前到达了集合空域，可是等了很长时间都不见伊-15大队的踪影。没有同伴联手，伊-16大队也少了底气，于是决定返航。即便在返航途中，仍没有遇见一架伊-15，飞行员们又惊又疑。直到回到机场，一查询他们才知道，伊-15大队在前往集合的路上，已遭到日机攻击，所有战斗机一架不剩，全部被击落！
苏军遭遇到了参战以来最为惨痛的一次失败。其实他们不是完全没有机会，日本航空兵原先只在关内与苏联志愿空军交过手，但当时的战斗规模很小，也因此对苏联空军的实际作战水平并不掌握。大动干戈的诺蒙坎空战，迫使双方都不得不使出浑身解数，航空兵们这才感到苏联空军不好对付。
苏联空军的失败，在相当大的程度上，并不是败给对手，而是败给了自己。空军系统中展开的肃反，包括苏联空军主任、副主任、远东地区空军主任在内，苏联空军中四分之三的高级将领遭到清查，最早一批掌握先进空战思想和指挥能力的人被扫荡一空。
到诺蒙坎空战爆发时，只好由一名少将临时主管空军。由于调配无方，空军上层机构重复而臃肿，指挥体系混乱，很多有经验的老飞行员被分配给各级陆军使用，没有能迅速集中起来。直接在前线作战的多位年轻飞行员，他们受到的飞行训练质量很差，缺乏这种高强度空战应具备的飞行技术和战斗技能。
反观日方参战的第十一、十二战队，航空兵们均是通过“精兵主义”训练出来的老手，飞行时间多在一千小时以上，同时还具备较为丰富的作战经验。
第十一战队参加了许多较大规模的侵华战役，从九一八事变开始，到长城抗战、七七事变，由此得以培养出一批以筱原弘道为代表的王牌飞行员。
筱原弘道的飞行和格斗技术熟练刁钻，在前两轮诺蒙坎空战中，他因一人击落九架伊-15而一举成名，是关东军直至日本陆军航空队的头号王牌。
第二十四战队的突出之处则是战队的指挥能力，其战队长原来供职于陆军航空本部，两个中队长也都是飞行教官出身，空中指挥游刃有余，特别善于抓住战机。伊-15大队还未到达集合空域，便遭到日机全歼，恰如其分地反映出双方在指挥能力和应变上的差距。
短短两天之内，两个战斗机大队先后覆没，给苏联空军造成了沉重打击，飞行员们的士气陷入低迷之中。