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在大轟炸的當天晚上，日軍因為有德軍技術的支援，此時也已經掌握了夜航技術，在轟炸過程中，有部分日軍戰鬥機升空，與中美空軍進行著夜間搏擊，幸虧有美軍航空隊、國軍支援的50名技術純熟的飛機員撐場，才使得轟炸圓滿進行。不過。上海空戰結束以後，盡管中美飛行隊處於飛機數量絕對位置，但41軍航空師還是被擊落P40戰鬥機三架。P40攻擊機兩架。有兩名飛行員犧牲。其它飛行員和攻擊機機組成員被救回。
但可喜的，因為一架B29的帶彈量是九噸。在這樣強大的轟炸之下，因為聯合飛行隊強大的空中打擊力量，把日國三個機場內，未來得及起飛的日軍轟炸機和戰鬥機盡數殲滅。記摧毀日軍上海軍用機場三個，擊毀日軍機場各式軍機150架左右。這三個機場，據空中偵察。日軍沒有兩個月時間是無法恢複的。
接下來第二天上午，因為日軍機場全是在城中心和城的近郊，為了防治飛機空中誤傷市民，因此戰役指揮部決定采用白天空中打擊的形式。
現在南京有軍用、民用數個機場。經偵察，現在南京市日軍設有四個軍用機場，即大校場機場、明故宮機場、還有日軍新修建的草場機場和土山機場，對於這四個日軍機場，另有安徽蕪湖機場。中美聯合航空隊又以高規格之勢，閃亮登場於日軍南京機場和蕪湖機場上空後。對這五處機場同時進行攻擊中。
正好四月26日這天是天空陽光明媚，飛機在空中的能見度很好。這B29轟炸機不僅載彈量多，而且有效升空能力強。可達萬米以上。雖然在萬米高空是炸不準地麵目標的。不過。在3000米高空。采用地毯式轟炸方式。還是能有部分航彈擊中目標的。
之所以須在中空轟炸。主要是日軍機場現在防空能力增強了。而且日軍戰鬥機此時已全部升空，正與中美空軍進行著空中生死搏擊。中美空軍此時是戰鬥機148架，另有P40攻擊機40架在丟掉炸彈後又可成為戰鬥機使用，這樣等於有228架戰鬥機在向日軍升空戰鬥機進行著血戰。
此時日軍五處機場戰鬥機加上來也達到了140架。可年輕的41軍空軍雖然飛行技術不如日軍飛行員，這時有三個要素決定了中美空軍將絕對取得這場空中大戰的勝利：
一是日軍除南京有50架零式戰機作支撐外，其它都是97式戰鬥機。而中美聯軍也有48架零式此時由美軍飛行軍駕駛作為主戰飛行突擊手。
二是中美空軍戰鬥機數量遠遠多於日軍，多了88架。
三是中國空軍飛行員雖然飛行時間不長，便是他們丟得拚命。有一架戰鬥機被日軍擊傷後，飛機正處於大校場機場上方，隻見他大無畏地駕機直往日軍機場的彈藥庫撞去，最後引爆了大校場機場彈藥庫。
其它空中飛行員見戰友壯烈犧牲，本著為戰友報仇、為國盡忠的壯烈豪情，與日軍拚搏在一起，有一架攻擊機，見一架零式老是咬著他不放，便調轉機頭，直往日機撞去。兩機在空中同時爆炸。
空戰從上午九點一直打到上午10點。最後，日軍南京四個軍用機場用部摧毀，蕪湖機場更是被B29轟炸機炸成了廢墟，不過。中美聯軍飛機也損失不少，有41架戰鬥機、25架攻擊機被擊落，兩架B29被擊傷。
幸虧在25日晚上，歐陽天命令五艘高速快艇載特戰隊員，沿長江早進入南京地區，在第二天的空戰中特戰隊員拚死搶救跳傘飛行員，才僅犧牲中國空軍飛行員26名，美軍飛行員三名。
不過日軍140架升空戰鬥機當場也被擊落72架，其它日軍戰鬥機在空戰結束後，因為附近沒有了降落機場，大都飛往徐州、合肥一帶。在中途日機因飛機都沒有油了，大部隊日軍戰鬥機迫降在華北平原上。
戰鬥以後，對於中美空軍的壯舉，又是舉國震驚，特別是對兩次戰鬥中犧牲的28名中美飛行員，國防部給予了空中英雄的高度讚賞。對日軍的機場打擊結束以後，空戰還沒有完全結束，歐陽天又要求空軍化悲痛為力量，飛機繼續升空。對東海日軍近海軍艦實施空中打擊。
日軍在中國近海現在雖然沒有設立航母戰鬥群。但是日本第三艦隊有一部隊主力戰艦老是在東南一帶活動。用以封鎖中國與外界的海上通道。妄想把中國人民最後一點抗日信心打下去。
麵對此情況，此次打擊，重點主力飛機又是美軍的36架重轟和41軍航空師的2架B29，還有航空師剩下的15架攻擊機，因為是海上打擊，不怕誤傷百姓，這次中美聯軍迫於驅逐艦和戰烈艦上密集的防空火力。采用空中定點轟炸的方式，對海麵上五艘護衛艦、四艘日軍驅逐艦，一艘戰烈艦實施重點轟炸。而且飛機都是投彈結束後又返航裝彈再去戰場，最後，把日軍主力艦打得艦艦帶傷。遠離了近海才結束了這場空戰。
航行兵連續三天的對日攻擊，把日軍東南沿海的航空和實力暫時全部打掉後，而且還把日本海軍逼到了外海，有兩艘驅逐艦和那艘日本戰列艦還返回了日本第一大軍港橫須賀港進行維修。