听说中方在日军机场有内应，并且安放了定点器。苏军空军负责人马上与中方制定了作战计划。
当天午后十二点二十分，苏联志愿航空队轰炸机队出动架db-型轰炸机袭击武汉，由于有定点器的作用，指出了日军机场的重点地方，还有中枢神经所在，再加上日军对中苏空军长途袭击能力估计不足，在汉口机场周围疏于戒备。直到中苏飞机飞到了武汉，他们才慌忙准备对空拦截。
此时日本海军木更津航空队的架新接来的攻击机刚到机场，第一联合航空队司令官塚原二四三少将等军官们都在战斗指挥所门前迎接，并听取接收新机的指挥官报告情况。
突然，多枚炸弹和燃烧弹呼啸着从天而落，机场顿时变成一片火海。日本海军木更津航空队副队长石河中佐、鹿屋航空队副队长小川中佐及士官名被当场炸死，塚原二四三被炸掉左臂，名士官身负重伤，鹿屋航空队司令大森未雄大佐及名官兵也被炸伤。
日军的多架飞机被炸毁，油库及航空器材库也被炸毁。日军损失极为惨重，战斗中，苏联飞机仅有架负伤。
下午时分，苏联志愿航空队架轰炸机再次出现在武汉上空，背着太阳向日军机场发起攻击。
在空中警戒的架日军战斗机赶来拦截，在地面待命的架舰载战斗机也紧急起飞，但为时已晚，大批的炸弹倾泻而来，机场上腾起滚滚浓烟。
此次轰炸中，日本“海军第十三航空队的主体约架飞机被毁，陆军飞机架也遭损坏，这是七七事变（指侵华战争）以来日军空军发生的最大损害。
除此之外，中苏空军当天还炸毁了日军机场的座油库、余辆汽车及万箱弹药。敌陆、海军官兵伤亡余人。苏联志愿航空队仅伤飞机架，全部安全返航。
两次空袭给日军造成了严重损失，为了报复，日军于第二天派出了在武汉的所有轰炸机架，由第航空队司令、“轰炸大王”奥田喜久司大佐指挥亲自指挥，空袭成都。
中国空军地面情报网及时得悉，由于预警时间充分，中国空军机群得到了通知，事先占据高度优势，等待日机的到来。
敌机群分为两部分，中国空军战机分头迎战，一举击落敌攻击机架。
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