Два истребителя «аэрокобра» (ведущий старший лейтенант Стариков) взлетели с аэродрома в 9 часов 20 минут. Было хорошо видно, что один из кораблей ведут на буксире. При подходе к кораблям на высоте 3000 метров Стариков принял радио от прикрывающей группы «киттихоков»: «Над целью Ме-109 и „юнкерсы“». Истребители, набрав 5500 метров, обнаружили три корабля и начали их прикрытие. В 9 часов 55 минут со стороны Керчи на высоте 5000 метров увидели Ю-88, шедший к кораблям. Старший лейтенант Стариков принял решение его атаковать и пошел на пересечение курса. Сблизившись сзади в хвост на дистанцию 15 метров, он вместе с ведомым открыл огонь по вражескому самолета из всех видов оружия. В ответ Ю-88 успел дать лишь одну очередь, после чего загорелся и в 10 часов 15 минут в отвесном пике упал в море. Больше у данной группы встречи с неприятельскими самолетами не было. В 11 часов 01 минуту группа Старикова закончила прикрытие и в 11 часов 35 минут приземлилась на аэродроме.
В 10 часов 37 минут на прикрытие кораблей с аэродрома стартовали два самолета А-20-Ж (ведущий капитан Протас, штурман — старший лейтенант Ткаченко). В 11 часов 35 минут самолеты встретили корабли и вступили в их охранение. При этом все три корабля находились без движения, лидер «Харьков» был на буксире. Над кораблями встретили две «аэрокобры», которые через 15 минут в 11 часов 46 минут ушли на аэродром.
В 11 часов 50 минут шесть Ю-87 с пикирования атаковали наши эсминцы. Три Ю-87 атаковали лидер «Харьков» с буксирующим его эсминцем. Разрывы бомб с самолетов наблюдали в 5-15 метрах. Прямых попаданий не было. Три Ю-87 атаковали впередиидущий эсминец. Наблюдали прямое попадание в эсминец, на котором возник пожар с густым черным дымом. Через 15–20 минут пожар был ликвидирован и эсминец остался на месте. При выходе из пикирования самолет противника был атакован капитаном Протасом. Атака была безрезультатна. В 13 часов 14 минут самолеты группы капитана Протаса закончили прикрытие и ушли на аэродром. На момент ухода все три корабля стояли без хода.
В 9 часов 55 минут с аэродрома на прикрытие кораблей вылетели два истребителя «аэрокобра», ведущий — старший лейтенант Вотолкин. В 10 часов 30 минут, придя в предполагаемый район нахождения кораблей, никого не обнаружили и ушли на аэродром. Причина необнаружения кораблей — отсутствие точных данных о местонахождении кораблей от них самих и от предыдущей пары прикрытия.
В 10 часов 41 минуту на прикрытие кораблей взлетела пара «аэрокобр», ведущий — майор Карасев. Придя в предполагаемый район нахождения кораблей, их там не обнаружили. В 12 часов 55 минут произвели посадку на аэродроме. Причина необнаружения кораблей — самолеты вышли южнее предполагаемой точки встречи с кораблями. Погода: ясно, густая дымка.
В 11 часов 45 минут взлетели четыре истребителя «киттихок», ведущий — капитан Тимошевский. В 12 часов 21 минуту самолеты обнаружили корабли. Один из кораблей вел на буксире второй, третий стоял в стороне без хода. Барражирование самолеты осуществляли на высоте 3000 метров. За время прикрытия встреч с противником не было. В 13 часов 41 минуту самолеты ушли на аэродром и в 14 часов 10 минут приземлились.
В 13 часов 10 минут с аэродрома взлетели две «аэрокобры», ведущий старший лейтенант Зюзин. В 13 часов 40 минут на высоте 3000 метров обнаружили корабли, которые в это время прикрывались четырьмя Як-1 и четырьмя Ил-2. Позднее подошли два А-20-Ж. Корабли в это время имели ход 5 узлов. Один эсминец на буксире вел лидер «Харьков», потом оставил его и взял на буксир второй эсминец.
В 14 часов 40 минут четыре Як-1 и четыре Ил-2 ушли на аэродром. В прикрытии остались три «аэрокобры» и два А-20-Ж (ведущий — подполковник Ефремов, штурман — майор Шулин).
В 14 часов 42 минуты со стороны Керчи на высоте 2800 метров к кораблям двумя девятками подошли восемнадцать Ю-87 под прикрытием одиннадцати Ме-109 и двух Ю-88. «Аэрокобры» атаковали первую девятку Ю-87. В момент этой атаки «мессершмитты» пошли в атаку на «аэрокобры». Летчик Зюзин зашел на развороте в хвост Ме-109 и с дистанции 100–150 метров произвел две атаки. Ме-109 резко задымил и резко пошел вниз, упав в воду. На выходе из атаки Зюзин увидел два Ю-88, которых атаковал на преследовании.
В 14 часов 45 минут девять Ю-97 с пикирования под прикрытием девяти Ме-109 атаковали лидер «Харьков» и два эсминца. Корабли были покрыты разрывами бомб, но прямых попаданий не было. Подполковник Ефремов снизился до 200 метров, чтобы лучше рассмотреть состояние кораблей. Все три корабля стояли на месте, взрывов и пожаров на них не было.
Кроме «аэрокобр» в этом бою приняли участие три прибывших на прикрытие кораблей Як-1 из 9-го истребительного авиаполка 11-й штурмовой авиадивизии. По итогам боя летчики 9-го истребительного полка доложили о сбитии трех Ю-87 и одного истребителя без потерь со своей стороны.