Тем временем вечернее небо над Горьким снова пронзили гудки воздушной тревоги. В 18.40 над городом прошли два самолета-разведчика Ju-88D, которые зафиксировали разрушения, причиненные в ходе вчерашнего налета, а заодно разведали погоду над целью. Появление «Юнкерсов» оказалось совершенно неожиданным для ПВО, и на перехват даже не было поднято ни одного истребителя. Помимо Горького с высоты 6000 метров была произведена аэрофотосъемка расположенного юго-западнее его на берегу Оки Дзержинска. В поле зрения объективов попали Чернореченский химический завод (в немецкой классификации цель № 6226) и Игумновская ТЭЦ.
Через два часа разведчики вернулись на немецкие аэродромы. После проявки пленки были напечатаны фотографии, и командиры эскадрилий смогли увидеть результаты своих действий. Снимки показывали, что вся центральная часть ГАЗа получила сильнейшие повреждения.
На сей раз было решено нанести удар по западному сектору предприятия, в котором находились различные вспомогательные цеха и сооружения. Данные метеоразведки показывали, что над Горьким стояла ясная, безоблачная погода и условия для повторного налета были идеальными. Незадолго до 20.00 по берлинскому времени на аэродромах Орел, Брянск и Сещинская снова взревели моторы бомбардировщиков и тяжело груженные машины стали одна за другой выруливать на старт. Не-111Н 1G+EL из 3-й эскадрильи KG27 «Бёльке» взлетел с аэродрома Орел в 19.50, Не-111Н 1G+DP из 6./KG27 – в 20.00, Не-111Н 1G+FS из 8./KG27 – в 20.13 и т. д. А Не-111Н 6N+EK Хельмута Абендфотха из I./KG100 «Викинг» взлетел с аэродрома Брянск в 20.30[79]
. Всего во втором массированном налете на Горький приняли участие 150 самолетов.Однако двадцать два из них атаковали не основную цель, а другие важные объекты. К примеру, Не-111Н 1G+ML из 3./KG27, взлетев в 19.50 с аэродрома Орел, совершил повторный налет на Сталиногорск. Также были нанесены удары по Туле, Рязани и Черни.
Основная же армада из 128 машин, огибая с юга Москву, летела дальше на восток.
К ночи в Горьком опять слегка похолодало, до плюс 13 градусов, ветер прекратился, и стоял полный штиль. После 22.00 с центрального поста ВНОС в Москве вновь поступило сообщение о приближении большой группы вражеских бомбардировщиков. На сей раз сигнал воздушной тревоги был дан в 23.36. В течение восьми минут гудки заводов и фабрик в Сормове, Канавине, Ленинском и других районах наполнили воздух напряженным ожиданием нового налета. В 23.40 воздушную тревогу объявили на ГАЗе. Этот вой был отчетливо слышен в нагорной части города с высокого берега Оки, вскоре и там, на заводах Ворошиловского района, в Караваихе, Дубенках, тоже тревожно загудели электросирены.
Около полуночи в небе над Автозаводским, Ленинским и Кировским районами вспыхнули около двухсот осветительных ракет, и вся огромная промзона вновь стала видна как днем. Вслед за этим открыли огонь зенитные батареи, дополнив начавшийся фейерверк разноцветными разрывами снарядов. Основной удар вновь наносился по автозаводу имени Молотова. Тысячи мелких зажигательных бомб и «листочков» огненным дождем устремились вниз, затем стали падать тяжелые FLAM С250, начиненные смесью нефти и бензина. При падении этих «адских машин» подрывался заряд тротила и горючая жидкость разбрызгивалась, поджигая все вокруг в радиусе 50 метров.
Директор ГАЗа Лившиц бросил в бой с огнем все семь исправных автонасосов, имевшихся на заводе, однако пламя вскоре охватило многие объекты и разгоралось все сильнее. Поднимавшиеся высоко в небо языки ярко освещали заводскую территорию на многие километры вокруг. А тем временем с юго-запада приближались новые волны бомбардировщиков.