相对于第二次世界大战其它战役，诺门罕是一场不为经传的战事。但是它对二次大战的局势发展却有非常深远的影响。
战事发生前，日本东京当局仍为“北进”及“南进”的策略而争论。北进计划是以陆军向苏联西伯利亚发动攻势，目标是进攻至贝加尔湖一带。而南进计划则是以海军为主，夺取东南亚资源(特别是荷属印度尼西亚的石油)。诺门罕战役的失败，说明苏联红军的实力对日本陆军来说仍然是相当强大。在一定程度上，诺门罕战役导致日本改为倾向采用南进的战略目标，最终引致两年后日本偷袭珍珠港、向美国宣战和最后的战败。
诺门罕战役中，朱可夫指挥装甲部队以机动战首获大捷，获得“苏联英雄”称号的嘉奖。苏联政府得到包括间谍理查德·左尔格的情报得知日方的南进，因此应该不会即时对西伯利亚发动另一次攻势。苏军于是被调往欧洲;在1941年12月，朱可夫再指挥西伯利亚部队在莫斯科保卫战中成功发动反攻击败德军。
从政治意义上看，此战不仅沉重打击了日本军国主义二战初期嚣张的侵略气焰，而且使日本被迫将“北进”侵苏的国策改为“南下”袭美，苏联从而避免了与德、日两线作战的不利局面，可以集中力量打击德国法西斯。在莫斯科战役中，苏、德双方当时拚得灯尽油枯，幸亏关键时刻苏联抽空了远东边境的二十个亚洲师调往欧洲，才给了德军致命一击，扭转了欧洲战场乃至世界反法西斯战场的形势，没有诺门罕之战，斯大林绝不敢冒此奇险。另外，诺门罕战争期间，正值中国抗战进入最艰苦的时期，此战使日军向关内增兵计划一时无法实现，有力支援了中国人民抗击日本帝国主义的侵略。诺门罕战争后，一贯骄狂的日军对苏军产生了心理障碍，日本基本死了与苏联再战之心，东京最终决定调转枪口袭击英美，不久日军便奇袭珍珠港，将隔岸观火的美国拖下了水，使力量对比发生了根本变化，最终日本兵败亚太战场。可以说，诺门罕战争是二战早期最精彩的一个伏笔。
从军事角度上看，苏联通过此战检验了陆、空军的各种新装备，锻炼了“大清洗”后新提拔的年轻军官，也提升了曾一蹶不振的士气。特别是发掘了一代名将朱可夫，为即将到来的卫国战争储备好了帅才(朱可夫后来参与指挥了苏德战场几乎所有重大战役，每每都能化险为夷，被誉为“苏德战场上的消防队员”，而朱可夫的成名之战就是诺门罕战争)。苏军还在此役中首次实施了空降作战，首次使用了“进攻防御”和“夜间强光照明”的战术，首次采取了电子干扰战和心理战，后勤部门还创造了超远距离连续补给的世界奇迹。所有这一切都在后来的卫国战争中得以广泛采用，给德国法西斯以沉重打击。
在这次战役中，再次充分暴露了日军各军兵种之间缺乏协调作战的致命处，日军第6集团军司令官狄州立冰将军曾担任日本驻苏联武官，他却告诉部下：“此时的苏联红军跟日俄战争时的俄军没什么区别”。正是在日军高级军官这种片面渲染下日军根本不把苏联红军放在眼里，这也导致了他们最后的惨败。反观苏联红军，虽然此时苏联国内的“大清洗”尚未完全结束，苏联红军的战斗力已受到严重削弱，但对日军来说还是有很强的战斗力的。苏军在此次战役中各军兵种之间的密切配合让他们重创骄横的日军，使得日本国内狂热的对苏战争情绪被泼了冷水，促使他们立刻冷静下来。他们认为此时苏联红军的战斗力要远强于日俄战争时的沙俄军队，在对美英开战未取得胜利时不应与苏联交手。最后，日本和苏联签定了停战协定，日本决定全力以赴对付南洋的美英等国。
这里还要说一点重要的，就是苏联在这次战役中的前线最高指挥官朱可夫将军。应当说，日本发动的这次战役恰好拯救了这位在二战中名扬世界的苏联元帅。
1939年，苏联进行的“大清洗”已渐入尾声，但这场运动并没有要完全结束的迹象，仍有不少人受到株连甚至被杀害。虽然朱可夫将军此时已是苏军中着名的将领，但是“大清洗”魔爪已向他渐渐伸了过来，一但他被治罪，恐怕是必死无疑。日军此时发动的诺门罕战役恰好救他一命，前线形势十分危险，前线苏军迫切需要一位有能力领导他们的优秀指挥官，朱可夫就这样被派到了前线，整他的“魔手”暂时收住，等打完这一仗在治他罪。结果，朱可夫在前线的卓越指挥使苏军大胜更使他免遭毒手，不然，苏联在二战中就不会有被誉为“胜利象征”、斯大林左膀右臂之一的朱可夫元帅了。