谋本部，后担任歩兵第8旅团旅长、近卫师团步兵第1旅团旅长、第2独立守备队指挥官。1937年11月升陆军中将。1938年7月7日，被任命为第23师团师长（至1939年11月6日）驻屯海拉尔。电报「外蒙古兵700名不法越境、师团一部与满州军消灭之」。引发诺门罕战役，第23师团遭毁灭性打撃。1939年11月历任关东军司令部付、参谋本部付。诺门罕事件败战后高层决定让他在1940年1月31日编入预备役，并于10月6日因胃癌去世。2011年黑宫广昭教授提出了小松原是苏联间谍的观点。。