巡逻战机失联后不久，日军派出两架军用飞机前来搜索，结果在诺门坎地区遭苏军多架战斗机拦截，空中搜索遇阻。当天晚些时候，驻海拉尔的第23师团所属第72联队派出骑兵中队抵达哈拉哈河河畔，未能找到失去联系的己方侦察机，而且视线受到河西岸高、东岸低的制约，无法观察到对岸的情况。是夜，第72联队指挥官调派部分士兵渡河侦察，其中一个小组在距离河岸大约两公里的位置发现了己方的飞机残骸，并将这个消息带回到了东岸。
次日，日军第23师团派人前往外蒙军队的边境哨卡，要求对方交还被扣留的飞行员，外蒙方面则指责日军派飞机越境侦察，要求日本政府公开道歉并保证今后绝不发生类似事件。
第23师团指挥官意识到事态严重，立即向关东军司令部作了汇报，连同外蒙方面的要求添油加醋地一并上报。此时当何去何从，关东军司令部的将领们分为两派观点，一派认为应该尽速上报大本营，由政府通过外交渠道解决此事，一派认为外蒙方面仗着苏俄撑腰横蛮无理，不如趁此机会狠狠教训他们一顿，赶在对方将飞行员和坠机残骸转运走之前来一场越界突击，救回飞行员并炸毁飞机残骸。争论的结果是一面向大本营报告情况和救援方案，一面调动部队做好越界突击的准备。
当天黄昏，从第23师团抽调的500多名士兵作为突击队员，先行乘卡车抵达哈拉哈河西岸，第71和72联队各自抽调半数兵力作为支援部队赶来，飞行侦察第10战队和第24战队也做好了提供空中掩护的准备。
晚上7时许，关东军司令部收到了大本营“相机行事”的回复，主张教训外蒙军队一顿的将领们顿时大喜，毫不迟疑地向第23师团下达了攻击命令。
得到指令，突击队员们立即从坠机地点附近分两路渡河，尽管天气尚寒，这些日军士兵依然个个脱得精光，将武器弹药和军装头盔顶在头上涉水过河。这一段的河水深度通常为1-2米，由于缺乏专门的渡河工具，日军特意选了河面相对较宽的地段，结果甲队顺利过河，乙队碰到了麻烦，迟了二十度分钟才抵达西岸。
月光照耀下的沙地，泛着霜一般的银白色，那架迫降不太成功的九一改型侦察机还静静瘫在那里，周围并没有外蒙士兵看守。甲队的突击队员迅速抵近，然后在飞机残骸里装上炸药，只等救出己方飞行员，就把它炸成碎片，到时候任外蒙和苏俄如何指责也没有了直接证据。
营救两名日军飞行员的任务由乙队负责，他们很快在不远处的一个边境哨卡里俘获一个班的外蒙士兵，从他们口中得知两人此前被关押在20多公里外的一处兵营，而且其中一人伤势很重。若全员徒步前往，天亮以前就能抵达，但攻击作战加上撤回，必然要在昼间暴露行踪，很可能遭到敌方战机的空袭，乙队指挥官小田少佐遂做出了一个大胆的决定：派5名会骑马的士兵骑乘缴获的战马先行探路，同时要求滞留对岸的支援部队调派一个骑兵中队过河，由这个骑兵中队实施救援行动，力争在天亮前结束战斗。乙队余下的士兵分为三组，一组留在原地，一组以强行军赶路，一组以普通速度前进，有层次地进行掩护接应。
跟制定这个营救方案的上级指挥官一样，小田少佐也是个脑袋里充满奇思异想而且自以为聪明的人，他的探哨离开后不久，一队外蒙骑兵沿着边界线巡逻而至，他们发现河面有异，旋即打出了几发照明弹，当惨白的光芒映亮哈拉哈河的河面时，那个被临时召来的日军骑兵中队无处藏身，外蒙骑兵以为日军大举越界进攻，头也不回地报信去了。
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