В это же самое время вступили в воздушный бой три «Киттихаука» 2-го ГКАП. Подробности этого боевого вылета были следующими. В 09:20 к конвою вылетела первая четверка одномоторных истребителей Р-40Е «Киттихаук» 2-го ГКАП, о важности этого боевого вылета говорит состав группы. Вел четверку сам командир полка Герой Советского Союза подполковник Сафонов, его ведомыми были одни из самых опытных летчиков полка: заместитель командира полка майор Кухаренко, капитан Орлов и старший лейтенант Покровский. Взлетев в 09:20, четыре «Киттихаука» полетели курсом на остров Кильдин. Примерно через 10 минут полета, подойдя к острову Кильдин, наши летчики заметили пару самолетов на малой высоте в районе мыса Сеть-Наволок. Развернувшись на 90°, командир повел группу к этим самолетам, которые оказались гидросамолетами МБР-2 118-го МРАП, производившими поиск подводных лодок и мин на пути конвоя. После идентификации самолетов группа Сафонова направилась курсом на караван PQ-16. По пути мотор самолета майора Кухаренко стал давать перебои в работе, в результате чего летчику пришлось вернуться на свой аэродром, посадка была произведена в 10:26. Оставшаяся тройка «Киттихауков» подошла в район движения судов каравана PQ-16. В точке с координатами Ш=70°05′, Д=35°50′ (по другим данным, Ш=70°10′, Д=36°05′), что находится в 150 километрах от аэродрома Ваенга-1‚ летчики заметили, как 4–6 Ю-88 по одному начали пикирование на транспорты конвоя со стороны солнца, все бомбы упали мимо транспортов. При выводе Ю-88 из пикирования на высоте 300–400 метров три «Киттихаука» начали преследование бомбардировщиков, высота боя была от 200 до 10 метров. Подполковник Сафонов атаковал второго «Юнкерса», сзади шел третий «Юнкерс», которого атаковал в хвост старший лейтенант Покровский, за ним шел четвертый «Юнкерс», которого в свою очередь атаковал сзади капитан Орлов. Подполковник Сафонов доложил по радио о двух подбитых самолетах, и через некоторое время — о том, что атакует третьего. Старший лейтенант Покровский вел огонь сверху-сзади с дистанции 200 метров по «Юнкерсу-88», возможно, что это был тот же Ю-88, которого подбил Борис Сафонов. Выпустив весь боезапас, Покровский сделал разворот и увидел на воде горящий Ю-88, который продолжал гореть еще 3–4 минуты. Капитан Орлов с дистанции 300–200 метров на высоте 30 метров также вел огонь по одному Ю-88, у которого загорелся левый мотор, «Юнкерс» стал сбавлять скорость. Проскочив противника, Орлов развернулся, но подбитого самолета уже не наблюдал, «Юнкерс», по предположению летчика, упал в воду. Капитан Орлов и старший лейтенант Покровский вели воздушный бой вместе с подполковником Сафоновым‚ но атакуемые ими «Юнкерсы» отклонились влево градусов на 30 от первых самолетов, поэтому первый «Киттихаук» подполковника Сафонова был потерян из вида. Бой шел со снижением до высоты 10 метров. После воздушного боя капитан Орлов и старший лейтенант Покровский по радио договорились встретиться в районе конвоя, после чего летчики ушли на свой аэродром по остатку топлива и отсутствию боекомплекта, произведя посадку в 10:45. После посадки они доложили, что видели два падающих горящих Ю-88. Связаться по радио с подполковником Сафоновым летчики не могли, так как командир был на другой волне, очевидно, на волне штаба ВВС Северного флота, так как, по описанию боя и записи в журнале боевых действий, его сообщения получали в штабе ВВС СФ. В боевом донесении 5-го Воздушного флота отмечено, что экипажи бомбардировщиков Ю-88 наблюдали, как в 10:04 после обстрела нашего истребителя один «Юнкерс-88» загорелся и разбился примерно в 20 километрах западнее конвоя, при этом отмечено, что всего с задания не вернулись два Ю-88. Также экипажи Ю-88 доложили, что в 10:05 наш истребитель заштопорил и упал в воду. По данным генерал-квартирмейстерства люфтваффе, при выполнении боевого задания по причине «предположительно обстрел истребителя» погиб вместе с экипажем обер-лейтенанта Шарфа Ju-88А-4 № 1760 из 2-й группы‚ этот самолет был сбит группой 3 «Киттихаука» и 2 Пе-3, его горение на воде и наблюдал старший лейтенант Покровский.
По докладу экипажей Пе-3, этот воздушный бой над конвоем происходил в период 09:55–10:05. В журнале боевых действий эсминца «В. Куйбышев» отмечено, что в 09:57 на конвой совершили налет примерно 10 Ю-88, бомбы были сброшены с пикирования, попаданий по кораблям не было. Последний Ю-88 ушел на бреющем полете в 10:25, за ним шел неопознанный истребитель. В 10:32 к каравану летел с севера один истребитель на бреющей высоте, который, не долетев 20–25 кабельтовых, упал в воду. Боевое донесение эсминца «Грозный» отметило, что в 09:58 на транспорты спикировали 12 Ю-88 с высоты 5000–6000 метров, корабли видимых повреждений не имели, через полчаса была сделана запись: