1939年6月，石井四郎在海拉爾儲備了2000多枚帶有傷寒、霍亂、疽病毒的炮彈，準備發射到蘇軍陣地。到7月份的時候，關東軍總司令植田謙吉爲挽回敗局，答應了石井四郎的細菌戰作戰計劃。

    7月13日，石井四郎命令731部隊少佐碇常重帶領22名敢死隊員，在哈拉哈河上用兩隻膠皮筏子順水而下，將22.5公斤的沙門菌、霍亂、鼠疫和鼻疽等病毒撒入河水中，向蘇軍進行細菌戰。

    當時日軍的投毒計劃進行得非常順利，本以爲蘇軍會大批量中毒之後，日軍便可以開始發起猛攻，一舉扭轉敗局。沒想到過去很久之後，蘇軍完全沒有任何中毒跡象。

    原來蘇聯方面的情報系統早已發現日軍的投毒計劃，並開始了嚴密的應對措施。蘇軍通過是本方自行鋪制的輸水管道獲取飲用水，同時也嚴禁士兵飲用河水，因此731部隊的細菌戰手段完全失效。

    日軍在進行投毒之前，石井四郎宣稱自己發明的淨水過濾器能完全過濾細菌，所以並不怕本方軍人中毒。不知道石井四郎是否有意無意在吹牛，結果這淨水過濾器不能過濾掉投撒的病毒，大量的日軍中毒，由於軍隊人員密集，疫情迅速蔓延開來。

    根據戰後日本關東軍軍醫部的統計，在諾門罕戰役中日軍前線部隊，一共有1300多名日軍感染上傷寒、霍亂、鼠疫和霍亂死去，爲掩人耳目，當時的日軍軍部將這些士兵的死因定爲“死亡病因不明”。

    二戰結束之後，蘇聯將遠東戰役俘獲的關東軍司令官山田乙等12名細菌戰戰犯送交遠東軍事法庭予以起訴，追究他們在諾門罕戰役中進行細菌戰的罪行。

    不過731部隊的負責人石井四郎卻在戰後逃回日本，以提供人體實驗和細菌戰研究資料爲條件，換取了美國對其免除戰爭責任，逃脫了審判。

    犯下這樣滔天罪行的石井四郎，隨後在東京新宿區經營旅店避世隱居，晚年經常免費給附近的孩子治病，還自稱作爲醫生救助生命真的很快樂，這真是一個莫大的諷刺！