第2飞行军团共有作战飞机1310架。日军调来了飞行第7、第9、第12、第15共4个飞行旅团，集中了战斗机18个中队、轻型轰炸机12个中队、重轰炸机16个中队、侦察机12个中队。除在野战机场留有少数战斗机和侦察机外，在白桦城配备了178架，阿兰山141架，做出对中国飞机夹击的态势。
东北军得知西伯利亚驻屯军空军主力已到了白桦城，在8月22日，就出动飞机350架空袭天龙庙日军集结地和野战机场。日军飞机也出动320架应战。双方从22日到24日，在桑叶河地区上空大战了三天，双方共损失170架飞机。此后，中国飞机越打越多，而且出现了新型的战斗机。日本飞机在开始时占有优势，但几天以后由于后援不继，不断地蚀老本，日本飞行员频繁起飞，疲于奔命，逐渐地在空中丧失了主动权，处于被动挨打的地位。
为了挽回空军的颓势，嵯峨彻二中将提出；对东北军塔哈尔等地的飞行基地进行奇袭，以突然手段消灭中国空军有生力量。
西伯利亚驻屯军司令部认为：既然空袭了达诺克图、阿兰山和天龙庙，日军就可以去轰炸其他地区，以示报复。而且认为这种做法是西伯利亚驻屯军司令官职权范围内的事，是为塔哈尔附近的飞行基地进行攻击，消灭全部敌机。
为了保密，这个命令没有用电报或电话下达，而是用书面的方式，由西伯利亚驻屯军作战参谋直接到白桦城面交第2飞行军团长嵯峨彻二中将。
从预谋轰炸塔哈尔之日至26日傍晚，第2飞行军团长所了解东北军停在地面上的飞机数量为，塔哈尔附近有4个野战机场，大型飞机11架、中型飞机12架、中小型飞机18架、小型飞机123架。坦格拉附近有两个机场，有中小型飞机132架。凯林附近的两个飞机场：大型飞机13架、中小型飞机93架、小型飞机115架。3个基地共有517架作战飞机。
8月26日晚上，在白桦城空军司令部内，有西伯利亚驻屯军司令部副参谋长失野音三郎少将参加的作战会议上，第2飞行军团长命令27日清晨越境空袭，消灭东北军飞行基地的全部飞机；第7飞行旅团长宝藏寺少将，率领“伊”式100型重轰炸机120架；第9飞行旅团长下野少将，率领重轰炸机127架、轻轰炸机110架；第12飞行旅团长东少将，率领战斗机180架。共计537架飞机参加这场规模空前的大空袭。第15飞行团长在基地警戒。
8月27日清晨4时，黎明前的白桦城机场，100多架飞机的发动机在嗡嗡响着，灰白色的机体朦胧可见。第7飞行团长宝藏寺少将，身穿飞行服，钻进“伊”式100型重轰炸机舱，检视了投弹手机枪手的状态后，一扳拉杆，领头飞起，其余飞机接连起飞，在白桦城上空，机群用了30分钟起飞和空中编队。第一组最前方是战斗机群，而后第二组是重轰炸机群，第三组是轻轰炸机群，最后的第四组仍是战斗机群，编队是菱形的，布满了白桦城的天空。日本飞行员们都很兴奋，在世界空战史上，这也可以说是一次大规模的空袭行动，当然是要载入史册的了。
飞机以3000米的高度向西飞去。午前6时，飞行员看到机翼下面泛着白色波浪的兴安湖。6时20分，已到达格鲁克木图等地的机场上空。
机场上正响着空袭警报，无数中国飞机正一架接一架，有的数架同时仓促起飞。从空中望去，好似鱼儿出网时的情形，日本战斗机立即扑了过去。
在战斗机与中国飞机纠缠时，宝藏寺少将率领的重轰炸机编队飞过机场，然后180度大转烃，返回机场上空命令机群投弹。上百架轰炸机同时投下了全部的炸弹，成排的黑点，开始平行地下降，而后斜插向机场地面。机场顿时被爆炸的黑烟覆盖了，团团的爆火闪着强光，旋涡似的浓烟滚滚上升。烟雾中匆忙起飞的中国飞机，与空中的日本飞机，像群鸟乱飞似的搅在一起。有的黑烟从机尾喷出，坠向草原；有的如同一团火球投进兴安湖里，空中还有冒着烟的中国战斗机在拼死追逐着日本战斗机，企图同归于尽。
经过短暂的沉默后，机场四周的高射炮响了起来。高射炮弹在日本飞机编队的前后左右上下中间，像爆竹一般开了花。刹时间，天空中好像悬起千百个棉桃一般的炮弹烟。一架架日本飞机在空中闪了闪火光，即刻成了千万个碎片，雪花般飘落下来。中国高射炮越打越猛，炮弹在3000米的高空中，组成一道弹幕屏障，在机身周围开花爆炸。气浪震憾着飞机，使编队忽聚忽散，从而极大的影响了炸弹的命中率。
为了躲避高射炮火，日本飞机编队提升了飞行高度，越过了弹幕。这时，领机的宝藏寺少将发出了无线电信号：“托拉（虎）！托拉（虎）！托拉（虎）！”
7时40分，日本飞机编队返回白桦城，向西伯利亚驻屯军司令部报告的战果是：击落中国飞机99架，击毁地面中国飞机45架，共144架（其中36架未证实）。
第7飞行旅团长宝藏寺少将认为，由于东北军高射炮部队在3000米的空中组成一道拦截的弹幕屏障以及东北军战斗机的顽强阻击，迫使轰炸机的炸弹有一多半投在机场的外围，所以东北军地面损失不大。而且击落击毁敌机的数字，同事先侦察到的停在地面的中国飞机数量相比较，显然是被夸大了。
在东北军战报中提到在8月22日至8月24日的空战中，中国空军击落日本飞机66架，自己损失了154架。
轰炸格鲁克木图的成功，使西伯利亚驻屯军司令部欣喜若狂。空袭的规模是空前的，战果是辉煌的，西伯利亚驻屯军司令部认为这场战斗挽回了面子，并且夺取了制空权。
日军进行的大规模轰炸使东北军蒙受了重大损失，暴露出中国方面在远东的空军力量的致命弱点。日军在这一次空袭后，掌握了一定的制空权，一切迹象表明，大规模的地面进攻就要开始。东北战局一下子处在了危急之中。
东北军紧急增兵达诺克图，准备迎击日军进攻。
钟离卫急电中国政府国内，要求紧急支援空军夺回制空权，并增派机械化部队和炮兵。中国政府最高统帅部命令紧急支援东西伯利亚战场。
东北军代理空军司令鲍云生少将来到达诺克图。他的到来，使前线战斗机增至851架，轰炸机增至716架。东北军炮兵司令谢浔中将来到达诺克图时，带来了大批野炮团、山炮团、迫击炮团、榴弹炮团、加农重炮团和火箭炮团随他而至。在东北军装甲兵司令萧逸中将的身后来了第6、11坦克旅、第7、8、9机械化步兵旅，组成了两个装甲集群。几个摩托化步兵旅也陆续到达。
日军为了发动新的进攻，也在大量增兵。第23师团、第7师团的炮兵联防、工兵联队、辎重联队、速射炮联队、骑兵联队，浩浩荡荡，开往达诺克图。日军第1坦克师团、日本东西伯利亚骑兵师、北西伯利亚警备军也全都开了过来。至此，日军在达诺克图拥有兵员136000人、坦克782辆、装甲车451辆、大炮1112门、汽车1400辆。并拥有包括第2飞行军团在内的1180架作战飞机。而且随时可动用国境守备队及其他预备部队。
日军进攻部队准备完毕后，日军达诺克图前线总指挥小松原中将制订了两岸夹击东北军的作战方案。该方案以日军第7师团的步兵第26、28联队为主力，从桑叶河上游渡河，进入西岸泰特巴拉尔山，歼灭东北军炮兵阵地，然后居高临下以炮火轰击东岸东北军阵地；以天龙庙的第23师团和第1坦克师团及日本东西伯利亚骑兵师，从正面进攻桑叶河东岸的东北军，形成两岸夹击，全歼东北军。
1942年9月1日，小林少将率15000日军全部渡过桑叶河，向东北军猛扑过来。
位于战场第一线的东北军蒙古骑兵第6师进行了顽强阻击，短兵相接。骑兵6师第15团浴血抗击十倍于己的敌军。有的阵地战斗到最后一人，有的中队全部阵亡。第3中队重机枪手萨天雄，为掩护部队突围，一人坚守阵地，杀伤了大量日军，最后壮烈牺牲。中队长图恩克率战士与日军进行了拼刺肉搏，因寡不敌众，全中队全部阵亡。
这一场血战，东北军15团战死400余人，生还者几乎全是伤员。但他们为战局争得了宝贵的两小时，使骑兵6师主力赶到并部署了第二道防线，使钟离卫得以组织力量围剿日军。
万余大军偷渡成功，双方交火，蒙古骑兵6师损兵折将，使小松原得意忘形；坦克专家钟离卫不过如此，他没进过陆军大学，也来独立指挥大战役。在一战时的战斗，不过是指挥几辆坦克而已，钟离卫在谋略上不行，根本不是自己的对手。
然而，小松原高兴的太早了。
第37装甲军军长钟离卫得到前线报告后，当即判断出日军的战术，表面上给东北军造成在战线中央进行主攻的印象，而实际上是趁夜偷渡桑叶河，对东北军实施两岸夹击，钟离卫决定发动三路反攻。
凌晨8时，钟离卫已先行组织了750辆坦克、615辆装甲车、820门大炮和696架飞机，加上30000名步兵、5000名骑兵，前去增援骑兵6师，围歼入侵日军的主力部队。
满而春风的小松原部队很快陷入钟离卫的三面包围。炸弹、炮弹、手榴弹、枪弹雨点般地向日军飞去，坦克、步兵战车和装甲车在日军骑兵中横冲直撞，包围圈越来越小，成千上万具日军尸体和被击毙的马匹，遍布荒野。西伯利亚驻屯军拼命逃窜，许多官兵淹死在桑叶河中。
这一仗进攻日军被彻底击溃，损失兵马9000余人，大内少将以下100名军官战死，草原上到外是燃烧的战车，死马狼藉，尸横原野。
这一仗，西伯利亚驻屯军尝到了东北军步兵、炮兵、坦克、飞机协同作战的厉害。无论指挥艺术，还是武器装备，当年袁世凯时代的中**队与今日的中**队已经无法比拟了。
钟离卫果然非同小可，头一仗便使“帝国之花”——精锐的西伯利亚驻屯军落荒而逃。
小松原所部兵败如山倒，但西伯利亚驻屯军并没有就此休战。1942年9月3日，日军第1坦克师团在桑叶河东岸发起攻击，东北军装甲部队奋勇迎击。于是，亚洲战争史上规模最大的坦克战开始了。
日军第1坦克师团长安冈中将率中型坦克、轻型坦克687辆，装甲车537辆，在第23师团步兵联队、工兵联队的配合下，分左、右两线发起进攻。
在30分钟炮火轰击后，安冈中将的两路坦克集群扑向东北军阵地。两道东北军步兵防线被迅速突破，但在第三道防线却遭到东北军大炮的阻拦，坦克和步兵联队被分割，没顶之灾已经来临。
钟离卫这位坦克战专家开始大显身手了。他将东北军第1坦克旅和第7机械化步兵旅用来与安冈中将的坦克师团决战。9月4日中午，中日坦克部队在艾特巴尔高地前面遭遇。在7公里宽的战场上，东北军的750辆“行者”火焰喷射坦克及300余辆步兵战车和装甲车，在第5步兵旅的配合下，将安冈坦克师团的687辆坦克和537辆装甲汽车包围。双方的空军在坦克对战的上空也大战起来。
东北军的“行者”式坦克的吨位为43吨，装甲厚，行动半径大，坦克上的85毫米火炮射程远、射速快。而日军的“四”式中型坦克相比之下，吨位只有30吨，相对较小，装甲也薄，行动半径小，坦克上装备的75毫米炮也显得相对落后，而“97”式轻型坦克更无法和东北军的坦克相比。从高地望去，两支坦克部队对阵，好似数量庞大的牛群在与一大群羊对打。同时，东北军全部的大炮也一齐吼叫起来，炮弹全砸到日军坦克后面的步兵和炮兵中间，使得安冈失去了炮火和步兵“肉弹”的支援，只好坦克对坦克硬拼了。
在数公里的战场上，2000多辆战车混战着，顿时炮声隆隆，火光腾起，烟柱冲天，整草原都开始抖动起来。
东北军坦克在沙丘草原之间左冲右突毫无顾忌，日本坦克则利用每个沙丘时隐时现，巧妙射击。对阵一开始，日军的领队坦克就被击中，第3坦克联队长吉丸清武大佐车毁人亡。一会儿工夫，日军坦克就被击毁400余辆，装甲汽车537辆全被东北军击中起火，车上的乘员跳出来四散逃命。东北军的“行者”火焰喷射坦克，在30米短距离内，逼射着日军轻型坦克，炮口中射出的一道道炽烈的火焰，把玩具似的日军“97”式轻型坦克围烧起来，温度高达1000摄氏度以上。烧得日本坦克隆隆地响着翻倒过去，坦克内部也响起了爆炸声。在火海中燃烧的日本坦克从炮口、了望口往外喷火，日本坦克的履带和装甲车厢被烧得歪扭或变曲了，随后就翻倒过去。车内乘员逃不出来的，便在车内弹药的爆炸声中粉身碎骨。
这一场力量悬殊的面对面的战斗，使安冈坦克师团损失了一半以上的坦克和全部的装甲车。残余的日本坦克狼狈逃回到了将军庙。
东北军在收复了桑叶河东岸的全部阵地后，估计第23师团及第7师团与安冈会合后，还会合力来攻，因此，便停止了攻击，打扫战场，加强阵地互事。炮火则转向支援东北军蒙古骑兵第8师抗击日本东西伯利亚第6警备师团进攻的战斗。8月31日安冈中将曾命令第6师团协同日军坦克部队作战。9月3日拂晓，第6警备师团向东北军第8师开始进攻，曾一度占领第8师前沿阵地，进入纵深时，结果遭到东北军的顽强抵抗。
安冈中将的坦克师团大败后，东北军20000多名步兵和200余辆坦克配合第8师向东北军反攻。9月6日，日军损失惨重，已溃不成军，险些被全歼，后在小松原中将派来第23师团13000多步兵的接应下，残兵败将才侥幸生还。坦克部队和警备师团的进攻，又以日军的失败而告终。