К 1939г. служил в составе 150 смешанного авиаполка. Полк базировался в Монголии.

Со второй половины мая 1939г. участвовал в боевых действиях в районе р.Халхин-Гол.

21 мая 1939г. комиссар эскадрильи старший лейтенант Супрун и штурман старший лейтенант Архипов на самолете ЛШ-5 (Р-5Ш) вылетели из Тамцык-Булак в район г.Хамардава для связи с 6 кавалерийской дивизией. Были атакованы японским истребителем, который вел огонь зажигательными пулями. Самолет загорелся в воздухе, стал терять высоту и ударился о землю. Летчик Супрун сгорел в самолете. Штурман был выброшен при ударе самолета о землю, получил тяжелые ранения. 

Николай Ульянович был похоронен в братской могиле у высоты Хемар-Даба.

Указом Президиума ВС СССР от 29 августа 1939г. старший лейтенант Супрун был награжден орденом Красного Знамени, посмертно.