10 августа 1938 года в результате кровопролитных боев враг был разбит, а советская территория была освобождена. За время боевых действий у озера Хасан Военно-воздушные силы Приморской группы совершили более тысячи самолето-вылетов. Врагу удалось зенитным огнем сбить 2 самолета: один СБ и один И-15. В Приказе народного комиссара обороны СССР от 4 сентября 1938 года № 0040 отмечалось, что «японцы были разбиты и выброшены за пределы нашей границы только благодаря боевому энтузиазму бойцов, младших командиров, среднего и старшего командно-политического состава, готовых жертвовать собой, защищая честь и неприкосновенность территории своей великой социалистической Родины, а также благодаря умелому руководству операциями против японцев тов. Штерна и правильному руководству тов. Рычагова действиями нашей авиации». За умелое руководство авиационной группировкой во время боев у озера Хасан 8 декабря 1938 года комбриг П.В. Рычагов был награжден вторым орденом Красного Знамени.
В сентябре 1938 года, после расформирования управления Дальневосточного фронта, Рычагов был назначен командующим ВВС 1-й Отдельной Краснознаменной армии.
9 февраля 1939 года П.В. Рычагову было присвоено воинское звание «комдив». В ноябре 1939 года в связи с начавшейся советско-финляндской войной он был отозван с Дальнего Востока и назначен командующим ВВС 9-й армии. Руководимая им авиационная группировка насчитывала в начале войны всего 39 самолетов, из них 15 истребителей. Затем она была усилена 10-й скоростной бомбардировочной авиабригадой, Особой авиагруппой комбрига И.Т. Спирина, 145-м и 152-м истребительными авиаполками, 33-й отдельной разведывательной авиаэскадрильей и 3-м транспортным авиаполком{20}.
В декабре 1939 — январе 1940 года 9-я армия потерпела сокрушительное поражение. Ряд соединений был окружен, расчленен и уничтожен. Часть личного состава, бросив технику и вооружение, смогла вырваться из окружения. Уцелевшие командиры были преданы суду военного трибунала и расстреляны перед строем своих частей.
Причиной поражения была не только суровая зима, к которой Красная Армия была совершенно не готова. Авантюристический план наступления изначально обрекал 9-ю армию на гибель. В жестокие морозы по бездорожью частям предстояло с боями преодолевать до 30 км в сутки. Безропотное подчинение безграмотным приказам, пассивность и неуверенность командного состава привели к огромным потерям: только в 9-й армии погибло 15 тыс. человек, а более 22 тыс. было ранено и обморожено.
В полосе наступления 9-й армии не было крупных оборонительных сооружений противника, поэтому ее авиации приходилось осуществлять бомбардировку финских войск, промышленных районов и железнодорожных станций в глубине страны. По мнению помощника начальника Генерального штаба РККА по Военно-воздушным силам генерала-лейтенанта Я.В. Смушкевича, взаимодействие и поддержка между армейскими и авиационными частями в 9-й армии были налажены плохо{21}.