第三個師長堅決按照朱可夫的意圖發起了進攻，最後終于攻占了日軍陣地。
所以，蘇聯有這樣堅決的指揮官，日本關東軍即便增派第7師團給第6軍，還計劃把第2、第4師團調往前線，同時令第23師團死守待援，都無濟于事。
這時23師團覆滅在即，跑都來不及。
最後小松原中将率領殘部2000餘人，每個人兩手各舉一顆手榴彈，抱定必死之心，才勉強殺出重圍。
打醒北進派的迷夢
8月30日，東京大本營派參謀次長來到僞滿洲國，傳達大本營命令，說關東軍兵力不足，諾門坎戰争不應擴大，應該立刻設法終結，立足于長期堅守。實際上就是讓關東軍放手認輸，隻是日本人很好面子，措辭婉轉。
9月1日德國入侵波蘭，歐戰爆發，為了應對世界局勢的波動，日本大本營再次嚴令關東軍停止進攻，而關東軍司令植田大将，要求東京準許發動一次收攏死難将士屍體的進攻，還放話說你們不讓我打，幹脆就把我解職吧。
東京大本營果然把他解職了，捎帶免職的還有參謀長矶谷廉介，此人就是台兒莊會戰時的第10師團的師團長。
一個月内，關東軍司令部作戰部長和所有作戰參謀通通被解職，可見日本政府也感覺這場戰鬥丢死人了。
蘇聯有朱可夫這般堅決的指揮官，日軍慘敗在所難免。
日本政府開始通過外交途徑收拾殘局，9月9日蘇日雙方開始談判，9月16日簽署了《停戰協定》。
戰争的結果，蘇蒙軍傷亡6000餘人，損失78架飛機，113輛坦克；日軍傷亡超過5萬，戰死的就有2萬人，特别是作為“國寶”的第1戰車師團幾乎損失殆盡，連番号都給撤銷了，日軍裝備損失是蘇蒙軍的5倍。
而且大量日軍軍官陣亡，包括關東軍第23師團參謀長，64、71、72聯隊長，第1坦克師團第3戰車聯隊長，第2飛行集團第15飛行戰隊隊長，這些人都是大佐，全部戰死。
日本國内報紙哀歎，大量高級軍官如此集中傷亡，這是日俄戰争以來所未有過的。
這一戰打醒了日軍北進派的迷夢，他們多少明白了現代化戰争是什麼樣子，認識到自己跟蘇軍武力之間存在多大差距。
在蘇德戰争爆發後，日軍情報部門通過研究判定德軍本年内無力迫使蘇聯投降，而明年的形勢不一定有利于德軍，所以日軍最終放棄了“北進”計劃。
諾門坎戰役不僅沉重打擊了日軍的嚣張氣焰，還促使日本将“北進”的國策改為“南進”，這就為日本的最終失敗埋下了伏筆。
同時，諾門坎之戰使蘇聯能夠在莫斯科戰役的關鍵時刻抽調遠東邊境的20個師投入歐洲戰場，從而起到了扭轉戰局的決定性作用。
對亞洲戰場而言，諾門坎戰役使關東軍向關内增兵的計劃無法實施，而此時正值中國抗戰的艱苦時期，因此諾門坎戰役客觀上也支援了中國的抗日戰争。
更關鍵的是，日本大本營在“南進”戰略的布局下，偷襲了珍珠港，将美國拖入了戰争，不但失去了與德國在遠東會師的機會，還使自己陷入了不能應對的太平洋戰場。