1939年5月日军第23师团在第1次诺门坎冲突中失利后，关东军司令官植田谦吉大将于6月20日决定把驻扎在公主岭的安冈正臣中将的第一战车团调往诺门坎，力求打个翻身仗。第一战车团当时辖战车第3、4、5联队，其中第3和第5为中战车联队，第4联队为轻战车联队。“团”这个建制当时是日军中介于师团和联队之间的一种规模不十分固定的建制，下辖几个单一兵种的联队，除战车团外，还有步兵团、飞行团等。有些人人将其误解释为是师团或者是解放军军语中的“团（对应的日军建制为联队）”是不正确的。战车第5联队的情况比较复杂，当时该部队正在换装，刚刚接收了16辆97式中战车，人员对新战车的操作还不太熟练，因此被留了下来。1939年3月的战车第5联队有89式甲24辆，89式乙2辆，12辆97式中战车和15辆轻装甲车。因此决定出征的是第3、4联队，编成如下：坦克第3联队，联队长吉丸清武大佐，人员378人，下辖两个89乙中队，每中队各有4个小队，中队部1辆中队长车，每小队各有3辆战车，共有89乙式战车26辆。另有97式4辆，94式轻装甲车7辆，97式轻装甲车4辆。 坦克第4联队，联队长玉田美郎大佐，人员565人（其中128人属于工兵中队），辖3个95式轻战车正规中队，每个中队各有3个小队，中队部1辆中队长车，每小队各3辆战车，另有一个装备5辆95轻的预备中队。还有1个辖8辆89甲式战车的第4中队。另有94式轻装甲车3辆。还有资料对两个战车联队的编成做了不同的描述如下：战车第3联队联队部 89乙2辆，轻装甲车2辆第1、2中队 各装备89乙10辆，97式2辆和2辆轻装甲车，预备队包括4辆89乙和3辆轻装甲车战车第4联队联队部95轻3辆，第1~4中队各9辆95，第5中队8辆89甲式中战车和2辆轻装甲车，预备车辆为5辆95式轻战车。植田谦吉还特别命令给第一战车团配发37和57毫米穿甲弹各5000发，看来是想和苏联打一次坦克对决战。
鉴于第一战车团只有战车分队，日军为了提高其独立作战和保障能力又为加强了如下部/分队，包括步兵第28联队第3大队、独立野炮兵第1联队的2个中队（90式75毫米机动式野战炮）、高射炮第12联队的1个中队（88式75毫米高射炮）、工兵第24联队的1个中队、独立工兵第22联队的1个中队、1个牵引车中队、电信第3联队的1个无线电小队、汽车第3联队、第7师团卫生队和关东军给水班。这样第一战车团就暂时升级为具有合成战斗力的安冈支队。战斗期间又将第23师团的步兵第64联队（欠1个大队）配属给该支队。
6月20日安冈战车团从公主岭乘火车出发，于22日抵达距诺门坎预订集结地点以东60公里的阿尔善，并在工兵的协助下完成了列车卸载。结果天降大雨，大地化为一片泥潭，第一战车团花了1个星期才开进到进攻出发阵地，最糟糕的记录是89式中战车有一天总共才挪了2公里。
6月30日第一战车团向前线开进时，曾经与苏军坦克部队发生短促战斗。根据日军记录，战车第4联队在行军休息期间，与包括BT式快速坦克8~9辆，3辆装甲车和2门反坦克炮的苏军小部队发生遭遇。当时大部分日军战车因为冷却发动机熄火停车，分散在道路周围，只有2个轻战车中队在接到命令后对苏军发起反击并将其击退，战斗期间1辆日军95中队长车被反坦克炮击中起火，日军击退苏军小分队后缴获1门苏军丢弃的45毫米反坦克炮。战后，玉田大佐由衷的称赞了苏军反坦克炮的高射速和准确的精度。很快，日军战车兵将再更大规模的战斗中体验坦克战的全部滋味。
按照计划，日军将从东西两翼对苏军发起进攻，其中西侧进攻集团由第23师团的各步兵联队担当，将渡过哈拉哈河打击右岸苏军，而安冈支队将配置在进攻出发阵地东侧，最初的目标很伟大，试图在突破苏军在哈拉哈河左岸的防御后，立即组织工兵架桥，两个战车联队跨过哈拉哈河后，完全粉碎在右岸的苏军，打一场日式闪击战。但是后来了解到日军工兵器材和人员都无法架设供战车通过的浮桥，便将安冈支队的作战区域限制在哈拉哈河左岸，战车第4、3联队分别配置在左右两翼，先以炮兵压制当面苏蒙军的火力，掩护步兵、战车由两翼向西进攻；步兵第64联队与战车第3联队，从北面突破苏军的防御阵地后，向以西的纵深推进；第4战车联队则在步兵64联队的南面，协同进攻，歼灭东岸的苏蒙军。
7月2日夜，战车第3联队在攻击开始后即遭到苏军炮火的猛烈反击，打到离河岸约有4公里的苏蒙军主阵地733高地附近时，中队长木之本守之助少佐以下，战死约30名，战车也被击毁、击伤数辆。约在21时30分，该联队停止进攻，在雷雨中在附近一处低地集结，补充弹药和燃料，直到第2天早晨。
战车第4联队的战斗要顺利的多，他们的攻击目标是占领胡鲁斯台河汇入哈拉哈河的河口北侧的苏军浮桥，以切断苏蒙军向河西岸撤退的另一道路。该部的95式轻战车利用雨夜的掩护，以密集队形于7日夜11时出发深入苏军阵地后方，于4日凌晨2时左右抵达755高地。虽然没有找到苏军浮桥，却意外的发现并袭击了一个苏军炮兵阵地，宣称击毁100毫米加农炮、120毫米榴弹炮和75毫米野炮各4门。当然苏军并没有这几个口径的火炮，与之应该是107毫米加农炮（配属在该地的第175炮兵团并没有100毫米口径级别的重型加农炮，日军显然在夜暗中弄错了型号）、122毫米榴弹炮和76毫米加农炮。虽然目前仍然没有公开的与战车第4联队夜袭苏军炮兵阵地对应的苏方记录，但是苏军在诺门坎事件3个月的全部战损统计中总共出现了11门1902/30式76毫米加农炮（其中2门永久损失）和31门1910/30式122毫米榴弹炮（其中5门永久损失）的损失记录。由此推测，日方袭击苏军阵地并获得成功的可能性是很大的。
战车第4联队随即遭到苏军燃烧瓶和反坦克炮的攻击，经过1个小时的激战，玉田大佐决定撤退。在7月3日上午4时半，借着黎明撤回到哈拉哈河以东约7公里的公路边，进行加油和补充弹药。
7月3日上午，战车第3联队正在进行补给时接到了进攻命令。据称，日军尖兵发现了“几百辆”苏联坦克正朝自己冲来。这其实是苏军摩托装甲第9旅的BA装甲汽车和坦克第11旅加强的BT坦克。中午12时15分战车第3联队投入反冲击，老旧的89式中战车挂着2档在烂泥地只能跑出5公里的时速，吉丸清武大佐的97式一马当先冲在最前面，但是随后冲进了一片苏军铁丝网。由于97吨位轻马力小，未能将其碾碎，无法摆脱铁丝网的束缚，战车在前进了约40米后主动轮被铁丝网完全缠住，车辆丧失了行动能力，进退两难。苏军趁机集中火力射击吉丸大佐的座车，日方记载被数辆BT-7坦克（实际上当时在该地域没有BT-7坦克）围攻，有资料称被BT-5和反坦克炮击中数次，车体前上装甲被击中，车长指挥塔左侧壁被45毫米穿甲弹击穿，吉丸联队长当场毙命。随后战车发生殉爆，炮塔被炸飞，除炮手逃离外，驾驶员和前机枪手一起阵亡。战车第3联队后来又有几辆战车和装甲车被击毁，联队副官古贺音人少佐也被击毙。
战车第4联队在7月3日上午10时，再次到达昨夜的755高地附近。此时日军战车经过连续苦战，弹药已经严重不足，平均每车仅剩5发炮弹。
此时高地的苏蒙军阵地已加强了反坦克防御。就在战车第4联队发起攻击之前，苏蒙军突然从南面以坦克和装甲车群掩护步兵和在两岸高台阵地炮兵群的配合下，向第4战车联队出击，日军被迫应战。作战中，玉田美郎在观察了苏蒙军的进攻部署、炮兵和空军的支援、攻击精神、火力发扬等情况后，认为以手头的兵力根本无法取胜，再加上弹药即将消耗殆尽，决定除留少数警戒部队外，将联队主力撤回。
7月3日15时，在得知了安冈支队支队的战果和损失后，在前线督战的关东军参谋副长矢野音三郎少将命令日军战车部队与苏军脱离撤出战斗。此后日军战车只与苏军先遣部队发生过零星冲突，并于7月26日接到命令返回原驻地。结论是很明显的，安冈支队经过不到2天的战斗，突破苏军防御约8~10公里，但以及因为战车和人员损失过大被上级撤出辆战斗。日军第一次大规模使用战车部队的合成战斗尴尬收场。
由于日军担心珍贵的战车落入苏军手中，要求各步兵和炮兵部队拼死掩护维修分队从火线上抢救战损车辆。因此整个交战期间，只有95式轻战车和94式轻装甲车1辆被反击的苏军缴获。整个诺门坎战斗期间表现最好的可能就是日军的战车保障回收分队辆。
日军估计，在1000米距离上仅有20%的命中率，射击只能通过目视估算距离来进行，并通过弹着点远近夹叉法来实施修正，行进间射击和对运动目标进行射击难度都很大，实际上无法实施。日军认为97式的瞄准具性能较差，火炮在500米距离上命中率约为1/3，而BT可以在1000米距离上有50%的命中率。（根据实战情况看，日本人对坦克火炮的命中率做了过高的估计）日本战车学校的《战车兵操典》一开始还认为57毫米炮无法击穿BT-7的正面。当然如果距离够近角度够好，日军战车完全可以击穿BT和T-26之类的苏式轻型坦克，后来对缴获的BT和T-26的射击试验也说明这一点。
苏联战史资料中的坦克战
苏军的记录是怎么样的呢？
7月2日夜在日军安冈支队正面迎敌的是苏军摩托装甲第9旅和配属的摩托装甲第8旅之一部（BA装甲车约50辆）以及摩托化步兵第36师的摩步第149团（BA装甲车10辆左右）和炮兵第175团。在得知该部遭到日军装甲部队进攻后，朱可夫命令正在向诺门坎西部日军渡河地域增援的坦克第11旅第2营抽出8辆BT-5快速坦克由卢金大尉指挥转向战线东部，加强给摩步第149团。这样在安冈支队正面的苏军装甲力量总计约60余辆 BA装甲车和8辆BT-5坦克。
7月3日上午，苏军前沿观察哨报告约“60辆”日军中型坦克在步兵和炮兵的掩护下开始进攻。摩托装甲第9旅的1个连12辆BA-10装甲车倒车进入了深约2米的单车射击掩体，只把炮塔露在外面，在800-1000米距离上射击日军坦克。经过2个小时的战斗，宣称击毁日军9辆坦克，自身也仅剩6辆装甲车还能使用。中午12时，苏军8辆BT-5与日军坦克展开遭遇战，宣称击毁日军5辆，自身有3辆BT-5被击毁。这可能就是击毙吉丸联队长的那次战斗。
摩托装甲第9旅的装甲车和以及摩步149团的反坦克炮在另一个地段迎击20余辆日本坦克，并宣称击毁10辆，其中4辆是BA-10的战果。黄昏18:45, 苏军阿里莫夫中尉排长的4辆BT-5击毁了2辆日军坦克，并缴获战车第4联队伊藤中队长的北满式95轻战车。7月4日晚上20:00，苏军4辆BT-5在追击日军时与11辆日本战车遭遇，宣称击毁1辆战车，己方3辆击中受损，但均依靠自身动力返回，这便是诺门坎的最后一次坦克交战。
苏军认为，己方的45毫米炮能够轻易击毁日军坦克，日本坦克在没有炮兵和步兵的有力配合下冲击己方阵地只能徒劳的增加损失。同时苏军虽然BA装甲车能够有效的防御日军7.7毫米机枪弹的射击，但是根本挡不住37和57毫米炮的炮弹。苏军在与安冈支队交战时损失辆约30辆BA装甲车，另有6辆BT-5被击毁击伤。从这个记录看，前述的日军战车部队的战果报告存在很大水分。苏军在7月份的战斗中在诺门坎地域东西两个战线的装甲战斗车辆的损失情况为：51辆坦克永久损失，74辆坦克被击伤，60辆装甲车烧毁，另战伤7辆。苏军记录在整个4个月的诺门坎冲突中仅有4辆牵引车永久损失。
苏军坦克装甲部队的大部分损失是在战线西侧与日军步兵部队战斗时造成的。可以毫不客气的说，日军步兵分队利用37毫米速射炮、燃烧瓶和其他单兵反坦克武器对苏联坦克的威胁要比不中用的战车部队大的多。虽然苏军宣称己方坦克部队优于日军，但是并不能掩盖苏军坦克兵在缺乏密切的步兵和炮兵火力支援，盲目对日军实施冲击时所带来的巨大的损失。双方坦克分队应该是打了个平手，互有胜负。
日军大本营否决第六军的反攻作战计划
1939年8月20日，苏军第1集团军级集群在朱可夫的指挥下发起全线反击后，日军第23师团的防御急转直下部队陷入合围，前线仅有2辆95式轻战车和20辆轻装甲车。关东军司令部紧急命令第2、7、4师团动员主力出动，并且加强了从关东军建制内其他部队搜罗的反坦克炮和山炮。还临时组建了3个以喷火器、反坦克地雷、手榴弹和烟幕弹为主要武器的独立工兵中队，准备对苏军坦克发起肉薄攻击。
1939年8月30日，东京大本营方面的中岛参谋次长来沈阳，向关东军方面传达了"诺门坎方面，作战不应扩大，立刻设法终结"和"关东军兵力不足，应该立足于长期坚守"的命令。实际上是要关东军认输放手，不过措辞相当委婉。
然而关东军极力游说，认为应当"以四个师团全力攻击，然后再转入冬季防御。"中岛和随行人员居然被说服。8月30日晚宴上，关东军司令部充满了和大本营和解的欢喜。
然而在中岛回东京的9月1日，德国入侵波兰，欧洲战火爆发。为了预防世界局势的波动，大本营的态度再度变为谨慎。中岛再次来到关东军时，已经完全反对原有的攻击计划。关东军司令植田大将几乎是哀求要东京准许至少发动一次"收容死难将士尸体的进攻，否则就将我解职。"作为对他请求的回答，关东军主要首脑被解职，关东军司令官植田谦吉陆军大将、参谋长矶谷廉介陆军中将；一个月内又陆续免去了参谋本部次长中岛铁藏陆军中将、作战部长桥本群陆军中将及参谋本部作战部长与关东军司令部作战部长和所有作战参谋等将佐的职务。
1939年9月3日，日军大本营彻底否定了第六军调动兵力重新发动攻势的计划，日本政府开始通过外交途径收拾局面。
1939年9月9日，日本驻苏大使东乡同苏联外交当局谈判停战问题。
1939年9月16日签订了停战协定。主要内容是：日满军和苏蒙军于9月16日上午2时（莫斯科时间）停止一切军事行动；双方军队停止在9月15日下午1时的控制线上。双方同意交换战俘，并成立了一个委员会来划定哈勒欣河地区蒙古人民共和国和满洲之间的边界。
对日本和苏联装甲兵的评论
日本装甲兵亮点不少，日军把坦克集中使用集中突击是符合坦克战术要求的。日军装甲兵无论指挥官还是下级官兵军事素质比苏联要高很多，日军战车第4联队以隐蔽方式迂回至苏联炮兵阵地侧翼发起突袭，运动过程中要求关闭车灯，保持无线电静默，低速前进，尽量减少被苏军发现的可能。然而车队刚出发不久，突然电闪雷鸣，下起了瓢泼大雨，日军指挥官立即改变计划，利用恶劣气候作掩护，开足马力高速前进。当他们出现在苏联炮兵面前时，对方毫无防备，结果一举击毁苏军坦克、装甲车12辆，火炮12门，反坦克炮7门，卡车20辆，而日军仅损失了1辆95式轻型坦克。随后日军战车编队继续攻击前进，至中午，战车第4联队遭遇苏军坦克、火炮以及航空兵火力的猛烈反击，双方展开激战，最后战车第4联队因弹药耗尽，不得不撤回。此战，日本战车部队企图大胆、计划周详、组织严密，指挥灵活，他们充分利用天气掩护，使行动极富突然性，并且完全摧毁预定目标，以轻微损失实现了作战目的，虽然这次战斗规模不大，也没有影响战役结果，但就战术意义而言，这次突袭可以和后来的偷袭珍珠港相提并论。由于安岗支队的这次作战行动指挥卓越、过程完美，战后各国的军事院校都将这一战例引入其装甲兵教材中，作为经典战例来讲解。应该看出日军对装甲战已经有了初步认识，一开始就给安冈支队加强了炮兵、工兵和步兵，很有点苏德战场上德军的合成装甲战斗群和苏军先遣支队的味道。但是安冈支队在实战中的表现却与德/苏军大相径庭。原因很简单，日军此前从未进行过联队规模的战车、步兵和炮兵的协调进攻演练。各部队原来并不在一个建制内，各级指挥官彼此互不了解互不信任，安冈支队也没有真正明确指挥关系。在物质上，日军炮兵和步兵因缺乏装甲输送车和履带牵引车，行动能力跟不上战车部队的队形，也没有足够的无线电台进行联络。战车部队骄傲自大，不情愿和步兵配合也不愿意步兵搭乘作战。再者，日军在诺门坎使用战车部队纯属临时起意，一开始根本没有周密的计划部署。从日军安冈支队的战例可以看出，想要充分发挥出合成部队战斗力，绝不是像玩《星际争霸》那样，把几支专业分队拼凑在一起就可以轻松实现的。
苏联装甲兵表现平平，没什么亮点和出彩之处但也没有太大失误。在战役开始阶段，苏军装甲兵基本上是消极防守，被动等待日军进攻，在战役反击阶段因为把坦克分割使用，以及兵种协同不好，没取得太大战果。另外苏军坦克并不是像网上流传的那样在质量性能上完全碾压日军坦克，双方都是轻型坦克，基本处于同一水平。但是苏军坦克在数量和火力上占优势，日苏双方的坦克都能做到互相击穿，双方是打了个平手，互有胜负。
根据《安冈支队诺门坎战斗详报》记载，战车第3联队两天战斗共消耗三八子弹673发、九二机枪弹1220发、57毫米炮弹2355枚；损坏坦克、装甲车21辆，其中八九式（乙）坦克毁9辆、烧5辆、九七式坦克毁1辆、九七式装甲车毁1辆、九四式装甲车毁4辆、烧1辆。再加上战车第4联队的损失，日军在诺门坎投入坦克和装甲车92辆，永久损失37辆，苏军方面，1939年7月份的战斗中在诺门坎地域东西两个战线的装甲战斗车辆的损失情况为：51辆坦克永久损失，74辆坦克被击伤，60辆装甲车烧毁，另战伤7辆装甲车。
当然，苏军7月份的坦克损失并不单是和日军装甲部队交手的损失，还包括94式速射炮，反坦克燃烧瓶和日军肉弹的战绩。
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