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由于荻洲劝阻，小松原便下决心突围。突围前，他与荻洲进行了最后一次联络，随后便破坏电台，烧掉了密码本，此外，还命令官兵将各自的军衔肩章取下并销毁。
正如小松原所料，救援队在突围过程中遭到层层围堵。指挥战斗的冈本参谋长右腿被炸成重伤，幸好师团的军医部长还比较沉得住气，战斗如此紧张，他仍能依靠手电筒照明，在壕沟里为冈本做截肢手术。冈本虽然少了一条腿，但是命保住了。
1939年8月30日，救援队再遭围击，突前的第71联队残部被紧紧包围，该联队的第四任联队长，才到职仅几天的东宗治中佐与他的官兵在自杀式冲锋中被击毙。
救援队的结局与山县联队如出一辙，溃不成军之后分成小股，用东躲西藏兼各显神通的办法，才得以撤到后方，所不同的只是山县死了，而小松原还活着。
第23师团最后集中溃退到了松本所处的“森林地带”。诺门罕战役之前，该师团出动部队约为1。5万，到此时减员了1。2万（不计历次补充兵员），还剩3000残兵败将，而且已是“刀卷刃，枪空膛，一个个蓬头垢面，形同小鬼一般”。
就是这样在松本看来苟延残喘的部队，仍处于极度危险的境遇，他们在“森林地带”被苏军坦克部队围得水泄不通，而且包围圈还在继续缩小。
荻洲已无力对第23师团进行挽救。作为第6军系统内的另外一支主力，第7师团的伤亡也超过了百分之七十，已彻底丧失战斗力，若不是师团长园部和一郎预先留了一手，没有把联队旗带来，有的联队恐怕就只能做注销处理了。
本想出口气，最后却断了气。关东军司令官植田由此成了热锅上的蚂蚁，在下令征调第2、第4师团之后，他又抽调了第1师团的一个旅团，同时为防万一，还派兵增强了海拉尔以及海拉尔以西的防御。
植田是准备豁出去立即再打一场的，除了要救出小松原外，另外一个重要原因，据说是山县联队覆灭之后，联队军旗没有下落，植田和荻洲不知道它是不是完全烧掉了，会不会落入苏军之手。
各人有各人的利益考虑，比如红十字旗对松本来说就是千金不换的宝贝，毕竟危急时候可以救命，而植田、荻洲辈之所以把联队旗特当回事，则是因为这东西跟他们的仕途紧紧相连，没准把联队旗抢回来，还可以一俊遮百丑，掩饰战败责任呢。
得知第6军兵败诺门罕，参谋本部紧急调集重兵前往诺门罕，其中包括中国关内的第5、第14师团以及一些特种兵联队。不过参谋本部调兵的出发点与关东军司令部完全不同。
追魂电
关东军当局者迷，参谋本部旁观者清，他们意识到，关东军的这次惨败，与以往三次诺门罕战役中的失败都不同，是一次决定性的失败，这已经不是你愿不愿服输的问题了。
胜败在日本陆军内部几乎就是衡量一切的准绳。因为彻底战败，参谋本部强硬派的声音一下子全都消失了：看来老毛子还是惹不起，不如等两年再说吧。
内部计议的结果，是重新回到谈判桌上，而且不管苏联开出的条件有多么苛刻，也要接受，以争取尽快了结诺门罕这场无休无止的争端。
参谋总长载仁亲王平时大多数时间都躲在幕后，这时候也不得不放下手里的鸟笼子，跑到前台来收拾残局。他出面明确了不惜向苏联全面让步的原因：“处理支那事变（即侵华战争）期间，必须维持北方边境的平静。”
1939年8月30日，奉载仁亲王之命，参谋次长中岛铁藏亲赴长春，对关东军首脑进行说服工作。
去了一看，关东军还是强硬派的天下。植田正磨刀呢，而磨刀的理由也很充分：小松原、联队军旗，甚至那些遗弃在战场上的尸体。
植田说，他将在哈拉哈河结冰前的两个月中，再发动一次“更大规模、真正的作战”，中间可以保证不渡河，只在河东作战。
植田声称，在这次作战中他将推出全新战术，此战术跟朱可夫的“夜退昼攻”调了个个儿，是“夜间进攻，白天固守”，而且每次夜间向前推进都不超过500米，然后挖掘阵地进行固守。
这基本就是从前夜袭战的一个演化版，“夜间进攻”是没问题，关键是白天能守得住吗？
因为中岛听来听去，植田用于固守的方法还是战壕和肉弹两种。
植田倒也干脆：你是说可能守不住对吧，派兵啊，让参谋本部派更多的兵来支援。
中岛是个没多少主心骨的人，给植田这么一撺掇就动了心。双方预定在9月10日发动总攻。
就在中岛即将返回国内时，当天前线传来消息。朱可夫突然在“森林地带”网开一面，放了小松原及第23师团残部一马。松本记述，当他们从“森林地带”撤出时，已经处于半生半死的状态，完全失去了抵抗能力，但令人不可思议的是，周围的苏军坦克只是远远监视，并没有乘机上来进行截杀或追击。
1939年9月1日，苏军到达苏联和蒙古所主张的边界线后，便不再往前推进，其做法与张鼓峰事件时如出一辙，即只要得到自己想要的那一块，就不会超出范围。
如果苏军这时要全歼第23师团，乃至乘胜追到海拉尔，都易如反掌。显然，朱可夫在最后时刻为谈判留足了余地。
参谋本部作战课长稻田正纯经历了前后两次大战役，连他也不得不对苏联的这种铁腕表示叹服：“关东军制定了‘我不犯人，也不准人犯我’的原则，可是关东军又做不到，倒是苏军做到了。”
按照稻田的分析，苏联实行的社会主义制度确有效率，即便作为敌人，也得承认其中有可取之处。
苏军不再发动新攻势，与欧洲方面局势的变化亦有关联。9月1日，德国进攻波兰，按照“史上最荒唐婚姻”的相关协约，苏联也准备前去分上一杯羹，诺门罕已不再是斯大林关注的重点。
所有这些消息，都足以让中岛完全改变态度。回到东京后，他便把植田等人如何抗命不遵，拒不停战的表现，给载仁描述了一番。载仁听后大为震惊，于是再次派中岛前去长春，严令关东军必须在9月4日以前停战。
植田就不是个省油的灯，都这种时候了，他还胡搅蛮缠，当着中岛的面，要求起码允许关东军再进行一次小规模战斗，并且强调，如果连这一要求也得不到允许，他将递交辞呈。
这下彻底把载仁给惹火了：一败二败三败连四败，败到家都不认识了，还以为自己是战无不胜的“皇军之花”哪，可以继续耍你那小姐脾气？
1939年9月3日，参谋本部向关东军司令部发出急电，内容一反往常的商量口气：“立即主动结束诺门罕战事，停止一切战斗行动。”
接到电报，植田及其幕僚这才发现大事不妙，但是已经晚了，此后追魂电开始接踵而来。
1939年9月6日至8日，参谋本部连下两道命令，关东军司令官植田谦吉、参谋长矶谷廉介被免职，编入预备役。关东军的作战参谋也大部撤换，副参谋长矢野音三郎、作战课长寺田雅雄、作战主任服部卓四郎、作战参谋辻政信被免职，副参谋长以上一律退出现役。
一夜之间，关东军内的强硬派几乎被一扫而光。原第1军司令官梅津美治郎中将继任关东军司令官，诺门罕事件移交外交谈判解决。
“诺门罕战役的总设计师”辻政信在免职后，被调往驻汉口的第11军司令部。据说在走之前，他又做了一件惊世骇俗的事。
日本与苏蒙就诺门罕归属在哈尔滨展开谈判，就在即将签字的前一天，苏蒙代表团忽然撤走了。原因是辻政信私底下威胁苏蒙代表，说自己的部下、前辈、晚辈许多都战死在了诺门罕，非得找补不可。如果有人胆敢签字，马上会有白俄刺客来摘掉尔等的项上人头。
苏蒙代表一听吓坏了，他们知道辻政信说得出做得到，是个相当疯狂的家伙，于是赶紧收拾行李走人。
因为辻政信的恐吓而导致谈判破裂固然不好，但相比之下，总不会比自己被杀更严重吧。
辻政信的小儿把戏其实无关结局。哈尔滨是你的地盘，想派刺客就派刺客，那我不能换个地儿吗？
最终交涉地点移到莫斯科，诺门罕的那条线依然照苏蒙要求划定。
转折点
1939年9月15日，日本驻苏大使东乡茂德与苏联外长莫洛托夫在莫斯科会晤，双方签订了关于诺门罕地区的停战协定，这是日本继张鼓峰事件后签订的又一个边界协定，战争结束了。
停战协定签订的第二天，即9月17日，苏联入侵波兰，开始了与德国的分赃游戏。在诺门罕战役的最后阶段，斯大林没有再过于咄咄逼人，原因之一也正在此处。
这一天，身在前线的松本听到了停战消息，同时他还收到了关东军军医部颁发的一张奖状。在参加过历次诺门罕战役的所有一线军医中，只有他一个人生还。
拿着奖状，松本并不怎么感到高兴。经历了地狱一般血腥的战场，他心里只有一种强烈的厌世感，乃至于对周围的所有东西都不再感兴趣。
在苏军的严密监视下，关东军对尸体进行了收容。9月24日，在收容过程中，卫生队发现山县和伊势的尸体，以及尚未完全烧掉的联队军旗。
军旗的发现，让关东军司令部大大松了口气。其实也就他们把军旗看得如此重要，别人并不当一回事，在苏军看来，联队都覆灭了，有没有缴到那面小旗子实在是无足轻重。
关东军共从战场收集到四千多具尸体，临时火葬时，因为大火引爆了手雷，两名负责火葬的士兵还因此陪葬了进去。
这火化的四千多具尸体仅是死者中的一部分，当时第6军发布战报时，称战死者为七千余人，但实际情况远远不止。根据二战结束后靖国神社的统计数据，战死于诺门罕的日本官兵应为一万八千余人。
火烧掉的除了尸体，还有日本对苏作战的信心。裕仁天皇窝着一肚子邪火无处发泄，这才想到要对“朕的军队”进行查办，他以前所未有的严厉态度，从上到下，对所有负有责任的人员进行了层层追究。
除参谋总长载仁亲王身份特殊，系皇亲国戚，所以得以留任外，次长中岛铁藏、作战部长桥本群均在劫难逃，被双双免职，转入预备役，作战课长同时易人，稻田正纯被降到军事学校做了副校长。
关东军司令部这一层早就罢免的罢免，撤职的撤职，再往下去，因为各级军官死伤过多，需要进行善后处理，所以缓了一步。
1939年11月6日，终于轮到了荻洲和小松原，两人均被撤职，几个月后编入预备役。小松原的参谋长冈本则还没等免他的职，就在医院里被伤兵用战刀给劈掉了。
之后便是中高级指挥官中蔓延的自杀潮。其实不一定是当事人自己想自杀，比如搜索队长井置荣一，关东军司令部专门派来两名他熟悉的军官，劝了一晚上，不是劝他不要自寻短见，是劝他“为国尽忠”：你下令撤退，让关东军没了面子，还不赶紧将功补过，自行做一了断！
井置起先犹不服气，分辩说他在率部逃出时，弗依高地在作战上已毫无价值，双方发生了激烈的争论。
关东军司令部急了，竟然通过军医部部长直接告诉井置：你有糖尿病，腿部的伤反正也治不好了，早死晚死都是一死，何必赖活着呢。
井置被逼得实在没办法，只好用手枪给自己脑袋上来了一下。
其实直到日俄战争，日军内部还不兴这一套，变态是从“一？二八”淞沪会战空闲升少佐自杀开始的。当时辻政信在巡回演讲时，以空闲升部下的身份加以大力宣扬，起到了推波助澜的作用。
除了井置以外，被逼自杀的还有第8国境守备队队长长谷部理睿大佐，理由不外乎都是仗打得糟糕，不死不足以保全“皇军荣誉”。
只有第72联队长酒井美喜雄大佐不算被逼的，不过想想整个联队都覆灭了，就算能养好伤出院，也没他什么好果子吃，于是步了井置、长谷部的后尘。
甚至关东军对被苏军俘虏过的人也不放过。这些人被送至陆军医院，严禁外出，也不准与他人交谈，以免吐露苏军优待俘虏的实情。
士兵相对还好一些，经询问、审查后，即3至5人为一批，被派去苏蒙边境修碉堡去了。军官更倒霉，审查的时候就会告诉你：被俘是“皇军”的污点，你是军人，这么活着实在是太耻辱了。
回到房间，这些军官就会得到一把手枪，逼他们像井置一样自杀。好多人死前猛抓自己的头皮：“苏联军都没有杀我，你们为什么要杀我啊？”
是啊，早知道这样，回来干吗呢？
有人就聪明，选择了不回来，二战结束后还能以苏联市民身份，携妻带儿回日本原籍探亲哩。
诺门罕战役对日军在二战前的整体战略产生了深远影响。一开始，他们对苏军的实力并不完全清楚，“迄今为止，我们不了解苏联已将其摩托化部队装备到何种程度”，这一仗打完，了解了，原来苏军装备尤其是炮兵和坦克装甲兵，在火力和机械化程度方面已经远超日军。
战后，日本军部专门成立“诺门罕事件委员会”，对诺门罕战役中双方所拥有的军备进行研究。研究人员发现，凡是在战场上曾直接同苏军打过仗的部队，没有一个不认可苏军猛烈的火力。委员会因此在一份报告中说：“日本陆军由于没有第一次世界大战的实战经验，逐渐丧失了对火器的正确认识。”
此外，苏军在战术、情报和后勤上的优势也十分明显。委员会认为，苏联军队摈弃了过去沙皇军队因袭守旧的一套作战方法，已经能够依据每次战役的具体情况改变战术，同时对苏联远距离输送并储存作战物资的能力，研究人员也感到十分惊讶。
推敲了半天，这个委员会也拿不出任何克制苏军的有效办法。日本国内的生产力就那水平，装备上实在是有心无力。
于是只好在苏军身上撇开优点找缺点，一找，找到了。
说是苏军偏重于特质装备，攻势缓慢，特别是在近距离战斗中往往缺乏冲劲。说白了，就是很少会像日军那样端着刺刀冲锋。
委员会如获至宝，最终得出结论：“为了战胜在火力上占优势的苏军，关键的打法是突袭。”
一帮人敢情白研究了，他们不知道小松原在诺门罕战役中曾经搞过多少次突袭，这法子要灵，小松原还会一败涂地吗？
近现代战争早就不是武士个人之间的比武竞赛，而是以钢对钢，以铁还铁，谁的破坏力更强，给对手造成的破坏程度更大，在机动武装的组织技术方面更优越，谁就能占到上风，一味地蛮干、不服输和诡诈早就行不通了。
在“北攻苏联，南下南洋”中，原本“北攻苏联”是排在优先次序的，但是诺门罕战役炙痛了日本，自此再不敢轻易往北边伸手，之后“南下南洋”代替了“北攻苏联”，日本依靠海军跟美国较劲去了。
对于苏联而言，诺门罕战役同样是一个转折点，自国内战争结束后，它的一些军事理论和装备在实战条件下得到了检验，表明已具备了与德国这样世界第一流军事强国抗衡的实力。
如果说在张鼓峰战役时，苏联对自身的军事实力还缺乏足够自信的话，诺门罕战役之后便大为不同。面对国际社会的聚光灯，苏联人开始大谈特谈自身所拥有的新型军队：摩托化步兵、重炮兵、坦克装甲兵、空军，以及各兵