王遠波在無線電中招呼了自己的戰友，轉向飛往梁山機場，鄭少愚已經電話通知機場的地勤準備好對－16的補給。同時何俊才給周至柔匯報了戰斗的結果，請他立即準備疏散人群，並協調梁山附近的陸軍駐軍前往空戰地點救助我方飛行員，抓捕敵方飛行員，收集飛機殘骸。當何俊才放下電話的時候，山城響起了一陣陣的防空警報，市民們對這樣的情況已經習慣了，快速向最近的防空洞跑去，消防局則做好滅火準備。
兩支－152中隊在與九六式陸上攻擊機的纏斗過程中又取得了擊傷兩架敵機的戰果，但是一架－152由于飛得太快，沖進了數架敵機機背和機月復機槍組成交叉火力中，被擊中油箱當場爆炸，飛行員沒有機會跳傘。而另外一架則被機槍掃掉了尾翼，無法控制，只得跳傘逃生。
鄭少愚緊張地從雷達屏幕上觀察著上空的戰斗。何俊才著操作著原本在兩萬米高度監控敵海軍航空兵機群的無人偵察機下降高度，靠近戰斗地點以獲取視頻信息。這個操作是很危險的，必須及時監控周邊的情況，以避免無武裝的偵察機被擊落。畫面上17架雙翼的－152緊緊咬住奮力前飛的日軍海航攻擊機群，就像一群對龐大入侵者發動決死攻擊的蜜蜂一樣。
「是時候了，何上校。」鄭少愚的意思是應該出動以逸待勞的蘇聯志願航空隊。
「好，幫我接廣陽壩機場，以我的名義請戰斗機指揮員勃拉戈維申斯基上校出擊，目標！」何上校向自己的通信官何欣上尉命令道。
「是！」何欣要通電話以後呱唧呱唧地說了一通俄語。「勃拉戈維申斯基上校親自率領戰斗機大隊起飛迎敵了。」
由于沒有安裝敵我識別器，廣陽壩起飛的30余架－152和－16在屏幕上顯示為紅色。兩撥紅色的機群迎面而去，後面跟著十多個藍色的小點。
「八嘎，今天怎麼這麼多支那的戰斗機」。由于蘇聯志願航空隊的飛機並沒有爬高，而是直接在3000的高度奔向敵轟炸機群。現在駕駛蘇聯志願航空隊戰斗機的是第三批志願援華人員，其實就是現役的蘇聯航空兵換了裝而已。這批人員比起前兩批人員戰斗素質高很多，作戰非常凶猛。有了他們的加入，日軍九六式攻擊機群再也無法保持原有航向，只得轉向或俯沖月兌離。跟在後面的22和23中隊充分發揮了飛機的靈活性，再次擊傷多架飛機。這個時候大部分的九六式攻擊機都受到了攻擊，紛紛丟棄攜帶的炸彈，降低負載返航。勃拉戈維申斯基上校駕機瞄準了一架落單了的日機，一個長點射，準確擊中了駕駛艙，日機失去控制墜落了下去。
混戰中，不停有一道道致命的火光從空中劃過，一些飛機中彈後拉著黑煙各自找地方去迫降，一些無法控制的飛機跳出了飛行員，在空中綻開了一朵朵的小白花。重慶郊外的市民目睹了這場上百架飛機的混戰，一些外國的記者也匆匆乘坐各種交通工具來拍攝照片。而駐軍則分成若干小對匆匆向墜機的地點奔去。
空戰中只有少數幾架九六式攻擊機成功突破了攔截，向市區飛去。但是由于前期降低了高度，這個時候正好被地面的高射炮火網住，一架飛機打掉了翅膀被擊落，另外幾架只得胡亂投下炸彈後逃走，炸彈在江中和江灘上爆炸，炸死了一些魚蝦。這也是地面高射炮首次取得戰果。
空中硝煙還在彌漫，敵機已經全部撤退。中國空軍和蘇聯志願航空隊的戰斗機沒有追擊，中國空軍在鄭少愚的指揮下回到白市驛機場加油裝彈，蘇聯志願航空隊則返回廣陽壩機場補給。只留下一架不引人注目的淺藍色小飛機還在空中，不停傳回戰斗的照片和各個迫降、墜機地點。浮空基地上的幾位副官忙著通知地面部隊救助我們的飛行員和抓捕日軍的飛行員。
但是這個時候還有36架日本陸軍航空兵的九七式重型轟炸機正在接近重慶。由于漢口機場和運城機場到重慶的直線距離都在900公里左右，目前日軍的九六式、九五式戰斗機的航程無法做到全程護航。所以在侵華日軍派遣軍總司令部和日海軍中國方面艦隊司令部達成了轟炸中國大後方的《陸海軍中央協定》，發動「101號作戰」的時候，確定了采用大規模轟炸機編隊，多波次疲勞轟炸的戰術。通常是前面一波是作為「誘餌」去轟炸市區，誘引中國空軍的戰斗機升空。然後等這些戰斗機缺油少彈降落補給的時候，第二波機群正好趕到去轟炸機場，將戰斗機消滅在地面上。日軍的這一戰術正好克制了中國戰斗機數量少的弱點，這個時候，能承擔重慶防空的戰斗機不超過40架。六月初的時候日軍用這一方法將中國空軍的多架戰斗機擊毀在地面上，這次要不是何俊才申請將蘇聯志願航空隊轉場過來協助防空，也難以招架。
不過這次情況就不能延著日軍所希望的方向發展了。後起飛，準備轟炸白市驛和廣陽壩機場的36架陸航的九七式重型轟炸機沒有發現上空已經進入最佳攻擊位置的8架－16戰斗機。原來王遠波的21中隊剩下的8架飛機補給完後在空勤指揮部的指揮下重新升空，並在高空隱蔽接近了來襲的轟炸機編隊。
為了給兩個機場上的戰斗機爭取時間，鄭少愚決定讓21中隊在前方攔截一次，迫使敵機規避。21中隊接到命令後俯沖而下。
「注意保持隊形，優先射擊轟炸機的駕駛艙！」王遠波在上一次攻擊的時候擊落了敵空中指揮官小谷雄二少佐的座機。他發現對沖攻擊的時候，這個俯沖的角度是敵機機頭機槍無法攻擊的角度，而且駕駛艙玻璃的防御力度比油箱和發動機差遠了，如果幸運的話，一次就能擊斃駕駛員和副駕駛。
8架－16仍舊分了3個小隊，排成一字形向下方的日軍轟炸機猛撲下去。小川小二郎中佐是陸軍航空兵第60戰隊的隊長，這個時候他正駕駛著自己心愛的九七式重型轟炸機飛在編隊的首位置。由于飛機上還未裝備無線電報，他並不知道海航的轟炸機已經遇到阻擊，未完成轟炸任務。正當小川小二郎中佐還在欣賞窗外的景色，並回味前「五三、五四」轟炸時候他取得的戰果的時候，上方幾個亮點引起了他的注意，他迅速想到那應該是中國空軍的戰斗機，下意識一推方向盤，希望通過俯沖的方式避免敵人對自己的攻擊。
而旁邊一架轟炸機上，鈴木清大尉反應明顯慢了一步。等他想采取動作的時候，中國空軍的戰斗機兩側機翼已經噴出了火焰，他和副駕駛被當場擊斃在座位上。第一波攻擊的效果出奇的好，至少4架轟炸機的駕駛室被擊穿，其中三架飛機俯沖下去，撞山爆炸，剩下的那架在最後的時刻拉了起來。小川小二郎中佐駕機避開了第一波的攻擊後，搖擺翅膀招呼其他轟炸機重新組成密集的隊伍來協同防御。
「三個小隊分開，從兩側騷擾敵機。」王遠波明白自己的飛機少，火力也不夠強，在這種正面交戰中難以取得優勢。而大隊長給自己的命令也只是拖住敵機，爭取時間，犯不著拼命。就這樣中日兩國的飛機且戰且走，逐漸接近了重慶的上空。
不等何俊才通知，蘇聯志願航空隊的戰斗機在勃拉戈維申斯基上校的帶領下完成了加油和裝彈後再次升空，與白市驛機場起飛的第四大隊重新投入到對敵陸航轟炸機群的圍殲中。這個時候，敵我雙方空中的力量已經悄然改變。中國空軍共有2個－16中隊，4個－1余架飛機，而日軍只剩下32架九七式重型轟炸機，且大半帶傷。
小川小二郎中佐迅速做出了決定，發信息讓所有轟炸機丟掉炸彈後轉向。一時間下方的群山中爆出陣陣火光和煙塵。減輕了重量後九七式重型轟炸機全力飛行，速度已經比－152快了，落在後方的－152只得停止了追擊。而兩個－16中隊繼續追擊到梁山機場上空，追擊中又擊傷多架敵機，其中兩架由于油箱被擊中而不得不迫降。那架在21中隊對沖俯沖中擊中駕駛艙的轟炸機，是被機槍手控制住然後返回運城機場的。不過這名業余的駕駛員忘記將炸彈丟掉，在降落的時候沒有掌握好角度，導致飛機拿了個大頂，引爆了炸彈，反而炸毀了停在旁邊的兩架飛機。這讓塔台上的第3飛行團團長遠藤三郎少將不由得破口大罵。
空戰結束後，何俊才命令副官們控制一架偵察機在梁山上空巡邏，另一架戰斗機去確認戰果。此次戰役中，中國空軍方面（含蘇聯志願航空隊）共擊落日海軍航空隊的九六式陸上攻擊機5架，重傷4架，擊斃空中指揮官小谷雄二少佐；擊落日陸軍航空兵第60戰隊的九七式重型轟炸機5架，重傷5架，其中一架返回時墜毀爆炸。而中國空軍損失3架－16和4架－152，多架飛機需要維修。中國空軍成功阻止了日軍對重慶的轟炸，而且取得了1940年以來的最好戰果。
確認後的戰果報告通過空軍總司令部上報給軍委會後，蔣委員長得意地向中外記者宣布了這一驕人的戰績，並出示了相關的照片。第二天《申報》、《大公報》等報刊都頭版頭條報道了這一消息，《新華日報》也發表了捷報。部分外國的報紙也刊登了這一新聞，配上抓獲的日軍飛行員圖片。