В конце июня японский военный атташе в Москве полковник Дои Акио по пути в Токио ненадолго остановился в штабе Квантунской Армии и сообщил, что численность советских войск в Монголии за последние недели увеличилась как минимум на две дивизии, и таким образом план наступления в районе Номонхана становился полностью неадекватным. В штабе Квантунской Армии были раздражены этим, и "посоветовали" Дои не выражать таких пессимистичных настроений перед готовящимся наступлением. Разведка Квантунской Армии была все же обеспокоена сообщением Дои и другими признаками усиления советских войск в районе Номонхана, но в оперативном отделе штаба Квантунской Армии отмахнулись от этих опасений.
Фактически же 1-я армейская группа Жукова к тому времени насчитывала около 12500 человек, 109 полевых и противотанковых орудий, 186 танков, 266 бронеавтомобилей и более 100 самолетов. Некоторое численное превосходство японцев в пехоте и авиации компенсировалось более чем 6-кратным советским превосходством в бронетехнике.
Японский план операции, разработанный майором Цудзи и в несколько измененном варианте утвержденный генералом Уэдой представлял собой фактически более амбициозную версию той злополучной операции, в которой потерпел поражение отряд Ямагаты 28 мая. По этому плану основные силы 23-й дивизии должны были подойти к реке Халха и захватить группу холмов, обозначенных как высоты Фуи, у восточного берега реки, в 11 милях к северу от слияния Халхи и Хольстена. После этого главные силы 23-й дивизии должны переправиться через Халху по понтонному мосту, скрытно наведенному ночью, и нанести удар на юг вдоль западного берега Халхи, по направлению к советскому мосту. Одновременно отряд Ясуоки, сосредоточившись у высот Фуи, атакует советско-монгольские силы на плацдарме к востоку от Халхи. Комацубара и Ясуока поймают советско-монгольские силы в ловушку у советского моста поблизости от слияния двух рек, и уничтожат противника.
20 июня Цудзи вылетел в Хайлар и передал план наступления генералу Комацубаре. По своей инициативе Цудзи также сообщил Комацубаре содержание разговора между Уэдой и Хаттори относительно изначальной роли в операции 7-й дивизии и замены ее 23-й. Комацубара был, по словам Цудзи, "тронут до слез" тем доверием, которое проявил к нему командующий Квантунской Армии, и благодарен за возможность стереть позор поражения 28 мая.
Квантунская Армия обладала лишь ограниченным количеством оборудования для наведения понтонных мостов. Наведенный мост не мог выдерживать веса танков, и в случае его потери, возможности навести еще один не было. Штаб Квантунской Армии был обеспокоен уязвимостью этого единственного моста, а также солдат и грузов, переправляемых по нему, для ударов советской авиации. Поэтому Цудзи лично вылетел из Хайлара на воздушную разведку над районом Тамцаг-Булака, где обнаружил, что советская авиация в районе значительно усилилась. Он вернулся в штаб Квантунской Армии в убеждении, что успех операции зависит от превентивного удара японской авиации по советским аэродромам с целью нейтрализовать советскую авиацию. Его предложение было быстро принято командованием Квантунской Армии.
Штаб Квантунской Армии передал в Токио довольно смутное изложение плана наступления, особо подчеркнув "провокационные" налеты советской авиации и необходимость принять решительные меры, при этом не входя в подробности относительно собственно операции. Также не было упомянуто о готовящемся упреждающем авиаударе по базе советских ВВС в Тамцаг-Булаке. Но даже такие новости из штаба Квантунской Армии с множеством умолчаний вызвали тревогу в Генштабе и военном министерстве. Мнения относительно готовящегося наступления серьезно разделились. На специальном совещании старших чинов Генштаба и военного министерства вечером 21 июня военный министр Итагаки Сейсиро высказал мнение большинства, когда заявил, что несмотря на неподходящее время для эскалации инцидента, Квантунской Армии следует позволить провести запланированную операцию хотя бы из уважения к генералу Уэде, который уже одобрил план. Кроме того, заключил Итагаки, "не стоит так беспокоиться об операции, проводимой силами лишь одной дивизии". Поэтому было решено принять предложенный план наступления, даже не зная о его истинных масштабах и о запланированном превентивном авиаударе по территории МНР.