從7月3日開始大規模的戰事不到半個月，日軍就損兵折將，特別是兵器裝備，如坦克、裝甲車、飛機、火炮的損失已經到了無法承受的地步，戰前儲備的彈藥等物資也幾乎消耗殆盡。仗打到這個份兒上，小松原明白光憑自己現有的力量想守住都難，肯定無法組織起新的攻勢。在接到進行休整的命令後，他一邊布置組織防禦，一邊硬著頭皮請求關東軍給予增援。
大規模的交鋒已經打了一周多，總部的大領導還都沒有來過。7月12日，關東軍參謀長磯谷廉介中將帶著作戰課課長寺田雅雄大佐終於屈尊來到前線，親自了解前一段時間的作戰情況。關東軍司令部之前已經在前線派駐了工作組，主要成員是副參謀長矢野少將和作戰參謀服部卓四郎中佐、辻政信少佐。
經過對前線的詳細考察，磯谷參謀長做出了以下結論。
一、前線部隊60％以上的傷亡都拜蘇軍火炮所賜。目前參戰各炮兵聯隊均沒有可以與蘇軍火炮抗衡的大口徑、遠射程大炮。為了從根本上改變戰場的不利局面，只有動用寶貴的遠程重炮部隊參戰。
二、蘇軍的坦克部隊始終是日軍進攻的一大障礙，在日軍坦克裝備沒有明顯改進之前，安岡戰車團暫時不宜再戰，以免造價昂貴的戰車白白損耗。言外之意就是說，坦克對坦克是打不過人家的，只能「破罐子破摔」地上人了。
三、目前的作戰部隊減員太多，已無法繼續執行攻擊任務，應從其他師團抽調有作戰經驗的部隊予以補充。
四、前敵總指揮小松原中將前一階段的作戰指揮沒有錯誤，應繼續予以鼓勵和支持。
看到上邊第四條，小松原感動得無語凝噎——領導真是給面子呀。
都是自家兄弟，在前線混得灰頭灰臉也實在不容易，植田大將也只好認可了磯谷等人起草的總結報告，同時根據報告的建議做出了新的調整：將駐旅順的第五重炮旅團、野戰重炮第一聯隊、獨立重炮第七聯隊、穆陵重炮聯隊等重炮部隊調往前線。連旅順要塞的重炮也都一門門拖出來運往諾門坎，這樣前線的大口徑火炮就有了38門。加上之前在戰場上的兩個野炮兵聯隊，大小火炮總數達到了82門。其中100毫米九二式加農炮的射程達到了17.5公里，雖然比起蘇軍的150毫米加農炮尚有不及，但總算超過蘇軍的107毫米加農炮的射程了。
看著這些碩大無比的鋼鐵玩意兒陸續來到，小松原頓覺腰桿又硬了不少，這可都是大日本帝國陸軍壓箱底的寶貝呀。
當時裕仁天皇的女婿盛厚殿下正在重炮兵部隊鍍金，也將隨部隊赴前線參戰。關東軍宣傳部門借題發揮，專門將駙馬爺親臨前線的消息大肆宣傳一番，以期達到鼓舞士氣之目的。
調動這樣的重炮部隊，可不像現在玩網路遊戲，胡亂圈一下，一拉就過去了。由於日本牽引車輛非常缺乏，重炮出動還大多依靠畜力牽引。一門150毫米榴彈炮在硬土地上還需要16匹馬才能勉強拖動，到了諾門坎這種鬆軟的沙土地帶，加上一倍的畜力還不夠，一個炮兵聯隊需要上千匹的馬才能保證最基本的機動。150毫米榴彈炮一枚炮彈的重量就是30多公斤，再算上觀測、軍械、糧秣、衛生、器材、維修等分隊，理論上一個重炮聯隊至少要有3000匹牲畜才行。一時間，諾門坎戰場上雲集了上萬匹牽引重炮的戰馬。偽滿洲國所有官員都接到了一個緊急任務，強征所有能徵到的馬匹送往前線，一些官員的坐騎都被迫捐了出來，改為走路上班。馬也不能只拉不吃，每天又憑空增加大量的馬匹草料，令負責後勤的輜重部門叫苦不迭。
為了彌補反坦克火力的不足，關東軍還將第一師團和第七師團所有的速射炮統統調往諾門坎，第七師團第二十八聯隊剩餘的兩個步兵大隊也調往前線，這樣第七師團2/3的部隊都已到位，可以正正經經地稱為第七師團了。同時派往諾門坎的步兵部隊還有駐海拉爾和奉天的四個獨立旅團和一個偽滿洲國騎兵旅團，一時間，日軍部署在諾門坎前線的軍隊達到8萬人。
這邊忙得不亦樂乎，那邊朱可夫也沒有躺著睡大覺。戰役的規模在不斷擴大，不說別的，僅前線抓到的日軍俘虜就來自十幾個不同建制的部隊，況且日軍沒有絲毫要收兵的跡象。蘇軍偵察機在空中可以看到，從將軍廟到前沿陣地布滿了日軍的宿營帳篷，前往海拉爾的鐵路線上運兵專列綿延不斷。這一切讓朱可夫預感到，日軍在諾門坎絕不會輕易罷手，他迅速將前線的情況發給莫斯科的伏羅希洛夫元帥。
此前斯大林的戰略重點一直在歐洲。聽了伏羅希洛夫的彙報，斯大林意識到，假如諾門坎作戰就這樣僵持下去，其大部分精力和一些軍隊主力將一直被牽制在遠東，反而會影響到歐洲方面的部署。看來唯一的辦法是繼續增調部隊，發起一場徹徹底底的大反攻，讓日本人在諾門坎徹底認敗服輸。
1939年7月15日，斯大林下令將第五十七特別軍升格改編為第一集團軍，朱可夫就任集團軍司令員，第一集團軍有權統轄諾門坎戰場所有的蘇聯、外蒙古聯軍部隊。伏羅希洛夫元帥給朱可夫的命令是不惜一切代價儘早結束遠東戰事。
隨著集團軍成立的是大批援兵的陸續開來。僅在陸軍方面就增加了兩個摩托化步兵旅、一個機槍旅、一個坦克旅，空軍也得到了進一步的加強，從歐洲又調來了六個飛行團，使得諾門坎前線的參戰戰機達到了581架。
就在第一集團軍成立這一天，蘇聯空軍遠程重型轟炸機轟炸了滿洲腹地的富拉爾基鐵路橋等一系列戰爭要點，作為對日軍轟炸塔木察格布拉格機場的報復。富拉爾基鐵路橋是關東軍支援諾門坎前線後續兵站運輸的必經通道，空襲進一步加大了日軍在前線集結的難度，已經逐漸喪失空中優勢的關東軍無奈在滿洲首次實行了燈火管制。
蘇聯空軍的肆無忌憚讓植田大將憤懣不已，他親自給參謀總長閑院宮載仁親王發去電報，請求再次越境對蘇軍的空軍基地進行襲擊。此時，在中國戰場，日軍剛剛侵佔了南昌，即將開始進攻長沙。參謀本部恨不能在諾門坎的戰鬥馬上停下來。載仁親王親自嚴令關東軍不得擅作主張越境轟炸。
蘇軍在日軍的兩次夜襲中也遭受了重大損失。由於部隊的夜戰能力不可能在短時間內得到根本提高，之前的「夜晚變白晝」方案也不能長久使用，朱可夫審時度勢地制定了「黑退白進」的方針。就是讓一線部隊選擇好夜間退卻的方向和位置，當遭到日軍夜襲時立即撤出一線陣地，避免與日軍展開夜戰，等天亮後在炮兵和坦克的協同下再將失去的陣地重新奪回來。這樣既可以避免給擅長夜戰的日軍揚其所長的機會，又可以發揮自己炮火和坦克的優勢，大量殺傷日軍的有生力量，掌握戰場的主動權。
在此前的戰鬥中，蘇軍坦克80％的損失，是日軍步兵的肉彈攻擊引起使用汽油的發動機油箱著火造成的，朱可夫為此早就請求莫斯科儘快將更換的柴油發動機運往前線。在休整期間，來自國內的柴油發動機終於來到諾門坎前線。前線的機械修理營開始日夜加班，趕在新戰鬥之前順利地完成了坦克發動機的更換工作。不但如此，蘇軍還在坦克的要害部位加裝了鋼絲網，這樣日軍士兵再也無法輕易將反坦克手雷或集束手榴彈投進蘇軍坦克的要害部位了。
7月18日，關東軍在諾門坎前線召開了會議，討論下一步的作戰方案，會議上，炮兵和步兵很快發生了激烈爭執。小松原主張仍以步兵夜襲為主要攻擊手段，炮兵負責火力壓制和支援。而關東軍炮兵司令內山英太郎少將則主張以炮兵攻擊為主，等炮火將蘇軍陣地完全摧毀後再由步兵去打掃戰場即可。第二十三師團的小林少將等步兵指揮官支持小松原，重炮旅團指揮官畑勇三郎少將又站在內山一邊。兩派各執己見，會議吵成了一鍋粥。
只有空軍指揮官嵯峨徹二中將坐在旁邊一言不發。空軍之前空襲塔木察格布拉格之後挨訓受了委屈，之後的幾次出擊又損失慘重，嵯峨中將知道這次孤注一擲的步炮協同攻擊，自己肯定還是要出場的。但不管炮兵先上還是步兵先突擊，跟自己關係都不大。只要確定了攻擊時間，飛機準時來應場就是了，現在懶得跟你們費舌頭。
最後還是要關東軍司令植田謙吉大將來裁決。植田考慮到既然整個關東軍的重炮部隊都到了前線，還是先讓炮兵顯示一下實力為好，況且之前步兵的表現也實在差勁。老奸巨猾的植田自有他的小算盤：讓重炮部隊充分施展一下，萬一不成功也可以對東京有所交代，這不，重炮兵上去也不行嗎？再說前線步炮部隊光編製就有十幾個之多，如果搞步炮協同也會很困難，不如讓炮兵打光炮彈後再進攻。於是他批准了內山少將的作戰計畫，小松原有意見，那就暫時保留吧。
小松原無奈只能表示服從。他也在為自己找退路：都是你們的主意，我不過是按你們的說法執行而已，就是打輸了也不能怨我。
由於重炮的彈藥儲備還沒有最後完成，總攻的時間只能推遲到4天後的7月22日早上6時