21日上午9点15分，第三舰队的第一波攻击机群到达了日军第一航空舰队的上空。()208架战机突破了32架烈风舰战的防御线，朝着舰队扑去。
几乎全是新造的战舰为了应对空中威胁装备了大量的高射炮，每艘战舰都装备了新型的100毫米双联高射炮，特别是5艘大隅级重型舰队航母装备了10具28联装120毫米防空火箭炮，其发射的火箭弹由定时引信引爆，
发挥作用的是100毫米高射炮，由于射速快，仰角大，给新唐战机造成了较大的损失。25毫米机炮则是从开战到现在都没有改进过，3联炮依旧是一次性快枪（在首批3个20发弹夹打完之后，就只能进行单炮射击了），双联炮和单装炮的火力密度不够，所以日本战舰大量装备的25毫米机炮甚至比不上装备极少的四联装12.7毫米机枪。早就有部分下级军官呼吁用陆军的20毫米高炮代替25毫米机炮，可由于日本帝国传统的陆海军之争，自视为贵族军种的海军将领对陆军的蔑视与厌恶由来已久，所以这一本该早被采纳的建议被高傲的海军将领们拒绝了。至于那些防空火箭炮是日本人的又一项发明，虽然火箭炮的火力覆盖范围大，采用了定时引信后拥有了相当大的破坏力，可这种火箭炮和日本战列舰主炮使用的烧霰弹一样，华而不实，以至于一些军官在观看了防空火箭炮的试射后认为，还不如多装几门高射炮。但由于高层的坚持，其还是装备了日军新建的舰队航母（云龙级中型舰队航母装备了6座28联装防空火箭炮）。
由于日军护航战舰密集的防空炮火（虽然25毫米炮的性能不佳，但数量还是充足的），攻击机群被迫改变战术，先打击日军护航战舰。在4艘驱逐舰被击沉之后，防空巡洋舰箕面号和大型轻巡洋舰早崎号也开始下沉，两艘航母暴露了。庆良间号与八重山号上的28联装防空火箭炮打出了密集的火箭弹，将4架飞机笼罩其中，然而，打光了火箭弹的火箭炮显然不可能在激战的时候进行弹药装填作业，一次性火力发挥完之后，两艘航母的防空火力立即下降了一个等级。
庆良间号挨了9颗500公斤穿甲爆破炸弹和12条800公斤鱼雷之后很快沉没，八重山号被5颗炸弹和6条鱼雷完全剥夺了作战能力和机动能力，成为漂浮在海面上的一艘破船。
最后，代月号驱逐舰也被2颗炸弹和3条鱼雷炸沉。
这次空袭足以证明，新唐海军飞行员的攻击效率比日本海军飞行员高得多。日本舰队的噩梦并没有结束，第一波机群消失不足5分钟，第二波敌机又出现在天际。
在冲过100毫米高炮的火网后，30架雀鹰扫射着日本战舰上的防空炮位，掩护身后的白鹳和白腹鹞进入投弹航道。
密月号和事月号两艘驱逐舰首先被击沉，津轻号防空巡洋舰与伏见号大型重巡洋舰也被击沉，漂浮在海面上的八重山号航母被5颗炸弹和3条鱼雷再次命中后终于支撑不住了。。。
鸣海号大型重巡洋舰被6颗炸弹和2条鱼雷重伤。。。
作战结束了，从损失来看，无疑新唐第三舰队相对较轻，但损失更为惨重的日本航空舰队却达成了作战目的，第三舰队遭受重创后不得不返回舟山母港。第一舰队也折返了旅顺。