Первыми над Горьким появились самолеты-цельфиндеры, несшие контейнеры Мк.250 с белыми осветительными ракетами. Чтобы скрыть главную цель налета, немцы сбросили их одновременно над Сталинским, Ленинским, Кагановичским и Автозаводским районами, а также над Окским мостом. Плавно опускаясь на парашютах, горящие ракеты осветили местность, словно подвешенные в небе люстры. Рабочий артиллерийского завода № 92 Александр Коровин вспоминал:
Затем первая группа Ju-88 с пикирования нанесла удары по водозаборным станциям на Оке и основным узлам водопроводной сети Автозаводского района. Прогремели первые мощные взрывы, выбросившие в небо яркие языки пламени. В результате главный водовод диаметром 600 мм был разрушен в шести местах, причем на нем вырвало участки длиной до 25 м. Прямым попаданием тяжелой фугасной бомбы на перекрестке пр. Молотова (ныне пр. Октября) и ул. Октябрьской был разрушен узел управления водоснабжением и теплофикацией (колодец № 27). На шоссе Энтузиастов (ныне пр. Ленина) сильно пострадал фекальный коллектор. При попадании бомб в Автозаводскую ТЭЦ, находившуюся на территории завода, там выбросило пламя из котлов, что привело к немедленной остановке турбогенераторов. Одновременно вышла из строя подстанция, через которую поступала энергия из городской электросети. Таким образом, ГАЗ был полностью обесточен и лишен воды.
Тем временем к городу подходили новые группы «Юнкерсов» и «Хейнкелей», которые, помимо фугасных и осколочных бомб, несли тяжелые зажигалки, начиненные смесью бензина, каучука и фосфора. Пилоты эскадры KG55 «Грайф» потом вспоминали, что, даже не принимая в расчет разноцветный фейерверк от огня зенитной артиллерии всех калибров и плотную сетку лучей прожекторов, при подходе к городу первых атакующих волн самолетов было видно, что цель так хорошо освещена осветительными ракетами, что уже с большого расстояния место бомбежки для подлетающих машин было четко узнаваемо. Во время нахождения над целью командиры эскадр давали необходимые указания, чтобы обеспечить успех атаки всех своих экипажей.
Сектора автозавода были поделены между эскадрильями, каждый штурман держал перед собой фотоснимок подлежащего уничтожению объекта. Увидев ярко освещенные «люстрами» цеха, пилоты бомбардировщиков начали заход. Главный удар наносился по кузнечному, литейному и механосборочному корпусам. От мощных взрывов с грохотом рушились перекрытия, взлетали в воздух станки, валились многотонные краны. Горючая смесь поджигала крыши, растекалась по стенам, расплавляя металлические балки и воспламеняя все на своем пути.
Й. Вольферсбергер из 5./KG27 «Бельке» продолжал свой рассказ: