苏军继续跟日军大打出手，这让中方高层和南京军又惊又喜并且求之不得，毕竟苏军继续跟日军开战，中方统帅部和南京军都获得了宝贵的时间，可以腾出手完成很多迫在眉睫的事情。为了向关键时候没有朝秦暮楚、难得言而有信的日本人表达“谢意”，蒋纬国命令南京军再次向日本关东军送去一批军械弹药，虽然不算庞大，但确实比上次多得多。蒋纬国此举当然不是“量中华之物力，结与国之欢心”，而是有实质性意义的，日军在黑西战场上撑得越久、打得越狠，对南京军而言自然也是好事。虽然南京军和日军没有真正地并肩作战，但敌人毕竟是同一个。
九月中旬，齐齐哈尔战场上，兵临城下的苏军和死守城市并且准备展开大反击的日军同时大规模地增兵。苏军除第57军，第56军、第57军、第58军、第59军等部队也纷纷投入齐齐哈尔战场（第55军已经在库伦战场被南京军基本击溃），不止如此，苏军的外贝加尔军区、西伯利亚军区、乌拉尔军区、中亚军区齐齐接到命令，调遣军区精锐部队、军械、物资用于增援远东方面军，使得齐齐哈尔战场上的苏军累计拥有超过60个师、30多个旅的强大军力，总兵力超过55万，另外，苏军通过西伯利亚铁路干线，再次往远东前线运输了超过3万吨炮弹、1万多吨炸弹、2万多吨燃料、2000多辆汽车、400多辆坦克、600多辆装甲车、500多门火炮、300多架飞机等。斯大林打算“一战定乾坤”，重创东北地区日军的主力，让苏军在黑龙江省西部和北部彻底地站稳脚，然后再调过头收拾中国军队。斯大林这么决定，一是日本人拒绝议和停战，让苏军难以从日苏战场上抽出身，二是中国军队收复外蒙古是出师有名的，苏联当局需要时间进行“政治缓冲”，所以当务之急是一举击败日军。
日军也针锋相对地积极备战，黑龙江省的第2、第4师团全部参战，吉林省的第6师团只留下两个大队，其余部队全部参战，辽宁省的第9、第18师团也都只留下一个加强大队，其余部队全部参战，朝鲜的第5师团抽调了一个旅团以及师团的战车联队、重炮联队、炮兵联队、骑兵联队前往黑龙江省参战，天津的第14师团和上海的第3师团都抽调了一个旅团前往黑龙江省参战，另外，日军在本土重建的第8师团、第11师团、第12师团也全部参战，使得参战日军总兵力超过35万（日军在开战后大规模地武装其在东北的侨民，获得十万余后备兵员），另有七八万伪满军协同作战。日军的重型武器虽然不如苏军，但也比较的强劲，拥有战车联队5个、重炮联队7个、炮兵联队14个，飞机超过800架，具备跟苏军决战的实力。关键时候，德国和中国这两大“朋友”没有只是喊口号给日本人加油，都给予了大力支持，希特勒大笔一挥，一次性支付给日本五千万美元的军费，蒋纬国也大方无比地掏出了一百万美元给日军，但希特勒和蒋纬国一起要求（其实是蒋纬国的主意，希特勒相当的赞同）日军“起码杀伤十万苏军”，并且派去军事观察员进行“督战”，不止如此，蒋纬国还特地派遣了100多架国军的bf-109战斗机帮助日军跟苏军打空战。中日战争期间，日军吃够了中国空军的bf-10-109的对手，三国联盟建立后，日本人曾想跟德国人购买bf-109以及该飞机的设计图纸、生产线，但遭到德国人的拒绝（这是蒋纬国强烈要求的），德国人的理由是“bf-109是陆战飞机而不是海战飞机，日本军队以后的发展重心是海军，在海军上，日本需要什么技术，德国都会倾囊而授，但陆军上完全不行，发展陆军是中国朋友的事”。得到蒋纬国援助的09后，日军士气大振，高层更是兴奋不已。值得一提的是，这批国军的bf-109都把青天白日军徽涂成了旭日军徽，伪装成日军飞机参战。蒋纬国这么做，一是“帮助”日本人，毕竟日本人把苏联人杀得越狠，对中国就越是好事，二是借助实战来锻炼国军飞行员，中国空军正在大建设、大发展，飞机越来越多，还具备了自产和仿造飞机的能力，但飞行员的培训比生产制造飞机更加的不容易，特别是具有实战经验的飞行员，更加金贵，真正的王牌飞行员不是训练出的，而是实战出的，一百多架bf-109配备了五百多名年轻的飞行员，他们会在实战中轮番上阵，加快自己成长。
这场齐齐哈尔会战，对于苏军而言是不应该打的，甚至显得没必要，苏军想要从日苏战争中抽身，只需要整顿秩序，转攻为守、边战边退，缓缓地撤离黑龙江省即可，日军即便进行全线追击，也难以重创苏军（实际上，日军也不想真的跟苏军大战到底，东京高层希望苏军“识相地”撤离黑龙江省，日军自然“只追不击”），但斯大林因为心情过度恶劣导致理智被怒火冲昏头，加上布柳赫尔的军情报告夸大了前线苏军的乐观处境，使得斯大林高估前线战局，所以命令布柳赫尔在齐齐哈尔会战中一举击败日军；另一方面，苏军即便撤离了，不跟日军打了，然后调头打南京军，也难以保证日军会不会到时候在苏军背后下手，让苏军再次陷入前后夹击、腹背受敌的不利处境中，所以，苏军打响这场齐齐哈尔会战，也是出于一种“把日军、南京军逐个击破”的想法，使得此战的爆发存在着一定的或比较大的必然性。
九月底时，交战双方投入兵力高达100万的“日