向纵深进攻时，朱可夫命令步兵第36师攻打日军的一个阵地。这个阵地关系到整个战役的成败，日军抵抗得十分顽强，苏军这个师伤亡也很大，师长发现再次进攻有困难，于是打电话给朱可夫请求暂缓进攻。朱可夫却命令他再次进攻。过了一会儿，朱可夫打电话问这个师长是否继续进攻了，那个师长说，部队伤亡大，一时还无法向前推进。朱可夫对那位师长说：“现在，我只问你一句话，你还能不能发起攻击？”那位师长回答：“有困难！”朱可夫立即说：“好，我现在解除你的师长职务，让参谋长接电话！”参谋长接过电话后，朱可夫问：“你能否继续进攻，完成任务？”参谋长说：“没有问题，司令员同志！”“那好，从现在起，你就是师长了！”

    可是，这位新任师长还是没有组织起新的进攻。朱可夫没等听完对方解释，就打断道：“从现在起，你不再是师长，等候新师长的到来！”

    他转过身，在自己的司令部里找到一名上校军官，向他明确了任务，并把炮兵预备队给了他。第三个师长坚决按照朱可夫的意图发起了进攻，最后终于攻占了日军阵地。所以，苏联有这样坚决的指挥官，日本关东军即便增派第7师团给第6军，还计划把第2、第4师团调往前线，同时令第23师团死守待援，都无济于事。

    这时23师团覆灭在即，跑都来不及。最后小松原中将率领残部2000余人，每个人两手各举一颗手榴弹，抱定必死之心，才勉强杀出重围。

    8月30日，东京大本营派参谋次长来到伪满洲国，传达大本营命令，说关东军兵力不足，诺门坎战争不应扩大，应该立刻设法终结，立足于长期坚守。实际上就是让关东军放手认输，只是日本人很好面子，措辞婉转。9月1日德国入侵波兰，欧战爆发，为了应对世界局势的波动，日本大本营再次严令关东军停止进攻，而关东军司令植田大将，要求东京准许发动一次收拢死难将士尸体的进攻，还放话说你们不让我打，干脆就把我解职吧。东京大本营果然把他解职了，捎带免职的还有参谋长矶谷廉介①，此人就是台儿庄会战时的第10师团的师团长。一个月内，关东军司令部作战部长和所有作战参谋通通被解职，可见日本政府也感觉这场战斗丢死人了。

    苏联有朱可夫这般坚决的指挥官，日军惨败在所难免。

    日本政府开始通过外交途径收拾残局，9月9日苏日双方开始谈判，9月16日签署了《停战协定》。战争的结果，苏蒙军伤亡6000余人，损失78架飞机，113辆坦克；日军伤亡超过5万，战死的就有2万人，特别是作为“国宝”的第1战车师团几乎损失殆尽，连番号都给撤销了，日军装备损失是苏蒙军的5倍。而且大量日军军官阵亡，包括关东军第23师团参谋长，64、71、72联队长，第1坦克师团第3战车联队长，第2飞行集团第15飞行战队队长，这些人都是大佐，全部战死。日本国内报纸哀叹，大量高级军官如此集中伤亡，这是日俄战争以来所未有过的。

    这一战打醒了日军北进派的迷梦，他们多少明白了现代化战争是什么样子，认识到自己跟苏军武力之间存在多大差距。在苏德战争爆发后，日军情报部门通过研究判定德军本年内无力迫使苏联投降，而明年的形势不一定有利于德军，所以日军最终放弃了“北进”计划。

    诺门坎战役不仅沉重打击了日军的嚣张气焰，还促使日本将“北进”的国策改为“南进”，这就为日本的最终失败埋下了伏笔。同时，诺门坎之战使苏联能够在莫斯科战役的关键时刻抽调远东边境的20个师投入欧洲战场，从而起到了扭转战局的决定性作用。

    对亚洲战场而言，诺门坎战役使关东军向关内增兵的计划无法实施，而此时正值中国抗战的艰苦时期，因此诺门坎战役客观上也支援了中国的抗日战争