Under den andre verdenskrigen ble Japan en voksende trussel ved Mongolias grense ved Mandsjuria, på grunn av Japans økonomiske og militære ekspansjon. Sovjetunionen gjorde derfor om Mongolias sosialisme fra å være det mest bakvendte og isolerte landet i Asia (mellom 1925 og 1928) med en industri som nesten ikke eksisterte, til å bygge opp økonomi og nasjonalt forsvar. De japanske styrkene som invaderte østlige Mongolia sommeren 1939, ble slått ned av den sovjetiske og mongolske arméen. Mest kjent er slaget ved Khalkhin Gol, som førte til at en våpenhvile for Mandsjuria-området ble undertegnet. Gjennom hele krigen var Mongolia forpliktet til å støtte Sovjet både økonomisk og militært. I august 1945 hadde mongolske styrker stor betydning for utfallet av Operasjon Auguststorm i Indre Mongolia. Sovjet utnyttet Mongolia som en base for en strategisk offensiv operasjon som ble et suksessrikt angrep mot japanerne. 650 000 sovjetiske soldater samt massivt med utstyr ble utplassert i Mongolia. Selv om det Mongolske Folkets arme hadde en begrenset innflytelse, bidro oppbyggingen av deres militære til at Kina aksepterte nasjonen som selvstendig. En trussel fra Sovjetunionen om å overta kontrollen i deler av det Indre Mongolia fikk Republikken Kina til å anerkjenne det Ytre Mongolias uavhengighet, gitt at det ble avholdt en folkeavstemning om spørsmålet. Folkeavstemningen ble avholdt den 20. oktober 1945, og de offisielle tallene tilsier at 100 % av stemmegiverne stemte for Mongolias uavhengighet. Etter at Folkerepublikken Kina ble opprettet anerkjente begge landene hverandre den 6. oktober 1949.