その後も1938年（昭和13年）2月に関東軍の指揮下に入り満州に派遣され、7月に張鼓峰事件が起きて出動するが、これは師団の交戦前に終結した。1939年（昭和14年）のノモンハン事件では、6月に師団の一部が第23師団に配属されて出動しソ連軍と交戦、師団主力も増援部隊として9月までに逐次動員された。圧倒的なソ連軍機甲部隊に対し、ガソリン瓶で抵抗した須見新一郎連隊長率いる歩兵第26連隊の奮戦ぶりは語り草となっている。しかし、第7師団は北辺の守りを担う重要師団であり、翌1940年（昭和15年）に北海道に帰還した。その後は1942年（昭和17年）に一木支隊を編成しミッドウェー島からガダルカナル島に派遣し、また北海支隊を編成してアリューシャン列島のアッツ島へ派遣したものの、師団本体は1940年（昭和15年）8月に天皇直属隷下に置かれ以後、「動かざる師団」として北海道に在り続けた。