Упорные бои продолжались весь день 28 мая. Оборонявшиеся в центре полки монгольской конницы не выдержали удара превосходящих сил противника и начали отходить. К вечеру 28 мая левофланговые советско-монгольские части отошли к линии песчаных холмов в 2–3 километрах от устья Хайластын-Гола и закрепились там, начав возведение укреплений. Одна рота отошла к высоте Дунгар-Обо, находящейся в четырёх километрах от Халхин-Гола, и закрепилась на ней. Несмотря на большое численное превосходство, разгромить советско-монгольские войска японцам не удалось.

Не удался и обходной маневр японских частей. Следуя на машинах вдоль восточного берега реки к переправе, японские войска попали под огонь артиллерийской батареи. Против японских частей были брошены бойцы 1-й роты, а также сапёрная рота сводного отряда, находившаяся у переправы. Отлично действовали артиллеристы, которые подбили машину подполковника Адзума и две бронемашины, охранявшие штаб его отряда. В машине подполковника была захвачена топографическая карта района боевых действий с чётко обозначенной границей и боевой обстановкой, показывавшей, что боевые действия ведутся на монгольской территории. В январе 1948 г. эта карта была предъявлена советским обвинением на Токийском процессе в качестве доказательства нарушения монгольской границы японскими войсками. После нескольких контратак бойцов 1-й роты и сапёров лишившийся руководства японский обходной отряд был почти полностью уничтожен.

К 19 часам 28 мая к переправе через Халхин-Гол подошли первые машины с подразделениями 149-го стрелкового полка, перебрасываемого из Тамцак-Булака. Положение было тяжёлым, так как на восточном берегу реки у советско-монгольских войск оставался небольшой участок, насквозь простреливаемый ружейно-пулемётным огнём. Поэтому подразделения полка вводились в бой сразу же по частям по мере их прибытия и без организованного взаимодействия с артиллерией. Естественно, что в этот день оказать какое-либо влияние на ход боя они не могли. Утром 29 мая советско-монгольские части при поддержке артиллерии перешли в наступление. К 12 часам японские части были отброшены на несколько километров, понеся большие потери в живой силе и технике.

К концу дня 29 мая наблюдатели донесли о подходе с востока к высоте Номонхан нескольких автоколонн. Начальник оперативной группы полковник Ивенков решил, что противник подтянул значительные подкрепления, и отдал приказ на отход советско-монгольских войск на западный берег реки. Комдив Фекленко, находившийся на командном пункте корпуса в Тамцак-Булаке, приказ утвердил. Части начали отход на западный берег очень неорганизованно, так как при выходе из боя частями никто не управлял. В оперативной сводке № 014 штаб корпуса доносил, что наши части под натиском противника отошли на западный берег Халхин-Гола. На самом деле противник, истощённый боями, оставив прикрытие из снайперов, сам поспешно уходил за границу на тех машинах, подход которых был обнаружен наблюдателями. Выход своих частей с утра 30 мая японское командование прикрывало активными действиями авиации. В результате взаимного отхода советско-монгольских и японо-маньчжурских войск вся территория МНР к востоку от Халхин-Гола оказалась свободной от войск и боевой техники. Можно считать, что майские бои были проиграны советско-монгольскими войсками. Отойдя на западный берег и не обнаружив отхода противника за линию границы, они не смогли воспользоваться создавшейся обстановкой, захватить и укрепить важнейшие высоты: Палец, Ремизова, Зелёная, Песчаная. Во время августовской операции за овладение этими высотами, которые японцы превратили в мощные узлы сопротивления, пришлось заплатить сотнями убитых и тысячами раненых бойцов и командиров.

30 мая нарком передал командованию корпуса указания о дальнейших действиях с учётом сложившейся обстановки. Фекленко и Кущеву предписывалось: до сосредоточения намеченных сил в большие бои на восточном берегу Халхин-Гола не ввязываться и сохранять главными силами занимаемое положение на западном берегу Халхин-Гола. Приказывалось местность к востоку от Халхин-Гола до границы освещать сильными отдельными разъездами, а небольшими группами истребительной авиации отражать зарвавшиеся самолёты противника (15). Эти указания были переданы тогда, когда в Москву поступило сообщение о том, что противник якобы подбросил сильные подкрепления. Если бы наша разведка сработала точно и доложила, что противник начал отвод войск за линию границы, то реакция Москвы была бы, конечно, другой.

К началу конфликта в составе ВВС корпуса имелись два авиационных полка. 70-й истребительный авиаполк дислоцировался в Баин-Тумень и имел в своём составе три эскадрильи, 24 истребителя И-16 и 14 истребителей И-15. Истребители И-15 были устаревшими и подлежали замене в 1939 г. 150-й смешанный авиаполк дислоцировался в Баин-Обо-Сомон. В составе полка были три эскадрильи бомбардировщиков СБ (29 самолётов) и две эскадрильи лёгких штурмовиков ЛШ-5. Самолёты ЛШ-5, ввиду их низких лётно-технических данных, для боевых действий не применялись. Всего 67 самолётов, которые должны были прикрывать сотни километров монгольского театра. Лётный состав истребительной авиации был молодой, а лётный состав бомбардировочного полка ещё только осваивал новую материальную часть. Естественно, что в обеих полках лётчиков с боевым опытом, а он в то время мог быть получен только в Испании или Китае, не было. Подготовку территории МНР в аэродромном отношении командование корпуса проводило в южном направлении на Саин-Шанда. Там велись изыскания, были выбраны площадки под строительство аэродромов и завезено горючее и боеприпасы. Восточный театр МНР в аэродромном отношении стал готовиться только с весны 1939 г. Самый ближайший оборудованный аэродром был в Матан-Сомоне, а в Тамцак-Булаке (за 140 километров от Халхин-Гола была всего лишь одна посадочная площадка, с которой в мае и начали свою работу части истребительной авиации. Намечалось в 1937 г. построить в этом районе аэродромный узел из пяти аэродромов, но до начала конфликта ничего сделано не было. Вот в таких условиях и начались первые воздушные бои на Халхин-Голе.

22 мая в 12 часов 20 минут — первый бой в небе над Халхин-Голом. Встретились 3 самолёта И-16 и 2 самолёта И-15 с пятёркой японских самолётов И-96. В результате боя был сбит один наш самолёт. Следующее боевое столкновение произошло 27 мая. К этому времени в МНР были переброшены дополнительно 22-й истребительный авиаполк в составе 63 истребителей И-16 и И-15 и 38-й бомбардировочный авиаполк в составе 59 бомбардировщиков СБ. Всего на аэродромах и посадочных площадках было сосредоточено 101 истребитель и 88 бомбардировщиков — 189 боевых машин. К 27 мая ВВС японо-маньчжурских войск предположительно имели в своём составе: 1-й боевой отряд — 25 самолётов И-16, 24-й боевой отряд — 25 самолётов И-16. Кроме того, имелся смешанный боевой отряд в составе 9 бомбардировщиков и 18 разведчиков (16). Соотношение было в пользу советских ВВС. И всё-таки воздушный бой 27 мая был проигран. Было сбито ещё три советских самолёта, а остальные семь, вылетевшие на бой, на аэродром не вернулись из-за поломок, порчи моторов и нехватки горючего.

В этот же день поздно вечером состоялся разговор по прямому проводу между Ворошиловым, Фекленко и Кущевым. Разговор был жёстким, и нарком не особенно стеснялся в выражениях (17). Вот некоторые из его вопросов: «Почему вы и Кущев, так хорошо выглядевшие в Москве, сейчас опустили крылья, и вас приходится тянуть за язык всякий раз, когда нужно выяснить, что у вас делается?», «Понимаете ли вы по-настоящему, что происходит у вас под боком? Как могли вы, Фекленко и Кущев, так опростоволоситься, что японцы в меньшем числе набили физиономии нашим истребителям»? (18). Но сказать Фекленко и Кущеву в оправдание было нечего.

Но если бой 27 мая можно расценивать как поражение, то бой 28 мая можно считать разгромом советской авиации на Халхин-Голе. В этот день в результате плохого управления со стороны командующего ВВС корпуса и его штаба и в результате плохого руководства авиацией со стороны командования корпуса из 13 самолётов И-15, вылетевших одиночно и звеньями на бой с 18 японскими самолётами И-96 и И-97, погибло 9 лётчиков и 12 самолётов. На аэродром вернулся только один самолёт (19). Итоги воздушных боёв за май были печальными. С 21 по 28 мая погибло в бою 15 лётчиков и потеряно 18 самолётов. Обескураживающие результаты особенно после победных боёв в небе Испании и Китая. Поэтому нарком запретил дальнейшие действия в воздухе впредь до наведения порядка. Спешно была сформирована группа из мастеров воздушного боя во главе с героем Испании комкором Смушкевичем и на самолётах «Дуглас» отправлена в Монголию. 31 мая командование корпуса получило сообщение из Москвы от наркома: «1–2 мая к Вам прибывает 35 лётчиков-истребителей во главе со Смушкевичем. Не ввязывайтесь до прибытия Смушкевича в большие бои» (20). В этой группе было несколько Героев Советского Союза, отличившихся в воздушных боях в Испании и Китае.