Первая же взлетевшая в 08:40 с аэродрома Кагул пара разведывательных Як-7 12-го иап спустя 20 минут обнаружила в бухте Лыу ведущий обстрел "Адмирал Шеер". В 10:45 присутствие крейсера подтвердили разведчики Як-9 15-го орап. Тем не менее, на начальной фазе удары штурмовиков 9-й шад были направлены не против "карманного линкора", а против малых боевых кораблей в Ирбенском проливе. Совершенно очевидно, что связь между выносным КП дивизии на аэродроме Кагул и основным на аэродроме Пярну оставляла желать много лучшего и перенацелить первые волны штурмовиков оказалось невозможно.
Между 10:10 и 11:15 три группы "илов" (в общей сложности 16 Ил-2 и 10 истребителей) атаковали цели в Рижском заливе и у мыса Церель. Противник энергично противодействовал как зенитным огнем, так и истребителями. В воздушных боях мы потеряли два Ил-2. И все же, один из штурмовиков третьей группы сумел в очередной раз обнаружить, а главное, сфотографировать "Шеер". Этот фрагмент вынесен в начало статьи и послужил прологом к знаменитому воздушно-морскому сражению. После приземления штурмовиков снимок был изучен, и Слепенков начал подготовку дивизии к сосредоточенному удару.
Тем временем, на поле боя прибыли дежурные группы советских самолетов, поднятые в воздух еще после первого обнаружения крейсера. Сначала, в 12:00, "Шеер" атаковала восьмерка Пе-2. Ввиду того, что корабельное соединение имело истребительное прикрытие, ведущий группы не решился пикировать, а принял решение сбросить бомбы (по две ФАБ-250 и ФАБ-100 на каждой "пешке") с горизонтального полета, в просветы между облаками с высот от 2200 до 3000 м. По возвращению на аэродром экипажи доложили об одном попадании в крейсер, чего, однако, не подтвердила ленд-лизовская фотоаппаратура.
Спустя пять минут броненосец атаковали три А-20Ж 51-го полка. Германский историк Каюс Беккер описывает данный эпизод со слов очевидцев весьма живописно: "Адмирал Шеер" начал борьбу, как огромный дикий кабан, отбивающийся от своры охотничьих собак. Начался невероятный, потрясающий танец. Торпеды, хорошо различимые по следу, каждый раз проходили мимо корабля, описывающего циркуляции на большой скорости, а вокруг рвались бомбы..." Описание лишь на половину соответствует действительности - на этот раз "Бостоны" атаковали противника способом топмачтового бомбометания. Впрочем, немцы и раньше принимали сброшенные этим методом ФАБы за "прыгающие торпеды" или "крупнокалиберные ракеты". Крейсер яростно оборонялся, используя против самолетов даже артиллерию главного калибра. Водяные столбы, поднимавшиеся от разрывов тяжелых снарядов, значительно затруднили прицеливание бомб. Атака тройки А-20 вызвала восхищение противника из-за той смелости, с которой группа сблизилась с изрыгающими зенитные трассы немецкими кораблями. И все же сброшенные самолетами три ФАБ-500 и три ФАБ-250 в цель не попали, хотя экипажи настаивали на том, что одна "пятисотка" поразила миноносец. В срыве атаки определенную роль сыграли FW-190 54-й эскадры. Они атаковали ударное звено ещё на подлете, в скоротечном бою отсекли истребители сопровождения и сбили один из четырех Як-9. Видимо по причине именно этой атаки сорвалось взаимодействие наших толмачтовиков и пикирующих бомбардировщиков. Один из "Бостонов", получивший повреждения от зенитного огня, потерпел аварию при посадке. Потери немцев по советским данным составили три "фоккера".
Крейсер возобновил огонь по берегу, для атаки кораблей в Ирбенском проливе. Очевидно, решение атаковать "Шеер" пришло ведущему группы в инициативном порядке - еще несколько групп, наверное побоявшись идти на крупную цель, бомбили малые боевые корабли. Два звена Ил-2 7-го гвардейского полка самоотверженно атаковали "карманный линкор". В общей сложности они израсходовали 4 ФАБ-250, 16 ФАБ-100 и 14 РС-82, однако снова не смогли "дотянуться" до главного противника. По донесению, одной ФАБ-250 был потоплен миноносец.
Неизбежное ослабление огня германской эскадры по наземным целям в ходе воздушных налетов совпало по времени с возобновившимся в 13:10 наступлением соединений 109-го стрелкового корпуса. Несмотря на значительное превосходство советских войск над немецкими частями прикрытия эвакуации, заградительный огонь кораблей сорвал стремительный бросок советских танков к причалам и превратил его в медленное продвижение вперед.
В 14:15 истребительное прикрытие германской эскадры улетело на заправку, а на замену ему никто не прибыл. Возвращение "фокке-вульфов" совпало с ударом главных сил 9-й авиадивизии - налетом, который так долго готовили и от которого так много ожидали. Первыми в 15:42 в атаку вышли восемь Ил-2 7-го гшап. В их задачу входило подавление расчетов ПВО крейсера и миноносцев охранения. Гвардейцы снова показали отменное мужество и мастерство. Израсходовав 32 ФАБ-100 и 29 "эрэсов" они добились двух бомбовых попаданий: одного в крейсер и одного в миноносец, после чего наблюдали пожары на обоих вражеских кораблях. И действительно, германская сторона подтверждает взрыв одной из малокалиберных советских бомб (возможно "PC") на палубе "Адмирала Шеера". К сожалению, при этом уточняется, что бомба взорвалась сразу при ударе, сыграв тем самым роль обычного осколочного боеприпаса. Потери и повреждения от нее оказались крайне незначительны.
Спустя две минуты началась атака главных сил нападающих - трех звеньев Пе-2. В полете группа потеряла свое истребительное прикрытие (8 Ла-5) и ведущий, подозревая близкое присутствие истребителей противника, вновь не решился пикировать. Сброшенные с высоты 3000 м 18 ФАБ-250 и 18 ФАБ-100 откровенно легли в "молоко". Бомбы самолетов этой группы также были "довернуты" на осколочное действие. У бортов немецких кораблей поднялись фонтаны воды, вокруг свистели осколки.
В атаке очередной, уже третьей группы, принимал участие и летчик Л. Кучеренко. Предоставим слово ветерану: "В 15 ч 46 мин завершающий удар по "Адмиралу Шееру" нанесла наша эскадрилья в составе семи Ил-2 под прикрытием шести Як-7. Крейсер и три миноносца следовали курсом 250-260 градусов со скоростью 8-10 узлов. При подходе самолетов к цели фашисты открыли интенсивный заградительный огонь. Мы с лейтенантом Кошевым шли на левом фланге замыкающими. Бомбы у нас были со взрывателями замедленного действия. Поэтому решили начать пикирование раньше основной группы. Так и сделали. Одна из наших ФАБ попала в крейсер. Остальные экипажи поразили два миноносца".
И все-таки на этот раз реально добиться попаданий не удалось. Бомбы с замедлителем взрывались в воде, и те из них, что упали на небольшом удалении от кораблей, смогли нанести им лишь незначительные повреждения подводной части.
На этом воздушные атаки прекратились. Расчетное время прибытия этих же эскадрилий на поле боя было порядка 20:00, т.е. намного позднее захода солнца. Других резервов подполковник Я.З. Слепенков не имел. Конечно, ситуация могла быть иной, если бы для действий главных сил дивизии был подготовлен аэродром Кагул, полетное время с которого до немецкой эскадры составляло не более 20 минут. Для автора остается загадкой позиция командования ВВС КБФ. На протяжении суток оно имело бессчетное количество возможностей организовать удар по корабельному соединению силами незадействованной для выполнения других задач 8-й авиадивизии (1-й гмтап, основные силы 12-го гпбап и 51-го мтап), однако не сделало этого. Лишь в 22:56 с аэродрома Паневежис стартовали два (?!?) торпедоносца А-20Ж 1-го гмтап для поиска и уничтожения тяжелого крейсера в средней части Балтийского моря. Задача, поставленная по принципу "пойди туда, сам не знаешь куда, принеси то, сам не знаешь что", не могла привести к успеху - встретившись с фронтом низкой облачности оба самолета возвратились на базу.