在又熬過了艱難的兩天後，9月4日，佟麟閣在北平終于收到了最後的行動計劃，這份行動計劃說明︰空軍將拼盡全力為13軍和29軍打開一條通路，並已經派出陸軍在高鋪一帶進行接應。
但為了避免提前驚動日軍，地面接應部隊並不能靠近戰場進行內外夾擊，突圍的地面力量還是要靠13軍和29軍自身。
在座的高級將領們不知道德國志願空軍的事情，電報中也不會告訴他們這個消息，內心中還是非常擔心中國空軍到底有多少實力。
但這封電報中可是信誓旦旦說︰將為他們提供全天的空中掩護，並一再要求他們做好與日軍進行地面區分和為空軍指引攻擊目標的準備工作，無形中為他們增強了信心，最重要的是，他們深刻的感受到了一種力量︰為大局做出犧牲的他們並沒有被國家所忘記。
參加突圍的部隊共有3支︰13軍、29軍和抗日學生軍，抗日學生軍前身是29軍為北平學生舉辦的軍訓團學生隊，曾參加最初北平外圍的南苑戰斗，隨132師撤入北平後，大部分學生兵都不願意跟著百姓撤離北平。
由于學生們互相之間的緊密聯系和愛國熱情，導致其規模還越來越大，到北平被徹底包圍時，已經有成員近5000人，盡管**戰士們盡量在巷戰中保護學生，但苦難的環境最鍛煉人，學生軍的年輕戰士們還是在戰火中迅速成長起來。
突圍計劃也隨著空軍的加入進行了修訂，13軍殘余部隊整編成2個加強團，和實力相對完整的29軍37師、38師打前鋒，不惜一切代價突破日軍陣地，學生軍居中，29軍132師和143師殿後。
為了突圍，城中的守軍已經做了很多準備工作，戰士們在北平的西城牆上挖出了幾十個大洞，並偽裝起來，有些地段還安裝好了炸藥準備進行爆破，即要保證全軍能迅速從北平沖出，也為了能出其不意的打擊城外一線陣地駐守的日軍。
另外由于戰士們的制服和日軍的土黃色接近，為了盡量減少誤炸，又臨時用能收集到的布料和被褥等材料，趕制了很多五顏六色的大旗，有條件的官兵也在身上披掛上各種顏色的衣服和布料，越花哨越好，目的就是為了能和日軍的軍服區分開。
9月5日凌晨5點，中**隊如出海蛟龍，從北平城中突然殺出。而此時，在河南、山東、山西、河北等各省的機場上，一架架戰鷹早已經騰空而起，在長機指揮下，組成編隊殺向各自的目標。
最先遭到空軍打擊的是日軍駐華北臨時航空兵團，第51戰斗航空團‘莫德斯‘出動2個大隊，護衛第2俯沖轟炸航空團「殷麥曼」的斯圖卡們分襲日軍在華北的各個機場，其它德國戰機將與中國空軍一起攻擊日軍第5師團，進行地面掩護。
執行轟炸日軍機場任務的巴克中校回憶道，「這次攻擊是一個神奇而且大膽的計劃，但它本身又是非常盲目和準備不充分的，我們是9月4日晚上才轉場到了出擊機場，僅僅休息了不到4個小時，就開始了正式攻擊，為了避免打草驚蛇，戰前甚至沒有組織對敵人機場的空中偵察，可以說，這是我參加過的所有戰斗中，戰前簡報和攻擊資料最簡單的。
沒有敵人機場的火力防御圖，沒有敵人機場的防空陣地、油庫、機庫等位置圖，甚至敵人機場到底有多少飛機也不知道，只有一個簡單的航線圖，因此，我也不可能給手下的飛行員布置具體的戰斗任務和戰術，他們接到的命令就是跟著長機到達敵人機場上空，然後根據現場的情況，臨時決定自由攻擊。
好在運氣站在我們這邊，行動這天的天氣非常好，否則，這次倉促組織的行動很可能成為一次災難，機群在午夜過後從機場起飛。
飛行過程中，顯眼的地標是在群山之間蜿蜓如帶的長城，這真是一個偉大的人類奇跡，不過長城只是讓我們欣賞的古建築而已，領航員主要還是靠月色下的星象指正飛行方向。
我們精確地在預定的3000米高度上飛行，當快到攻擊區域時，我們將飛行高度降至到2000米。黎明前，我們準時到達日軍機場附近，天色終于大亮，我開始指揮機群降低高度，很快，目標出現了，日本人的機場就在眼前。
我們是非常幸運的︰不僅沒有耽擱時間就準確的發現了日軍的空軍基地，而且那里還是一個完全不設防的空軍基地。日軍飛機成排地停在機坪之上，而他們的後面則是巨大的機庫及油庫。
感覺日本人將我們的飛機當成了自己人，日本人的防空高射炮沒有任何反應，空中也沒出現日軍殲擊機。
于是，我下達了開始攻擊的命令，我們的飛機在低空展開之後，開始在非常平靜的狀態下執行攻擊計劃。
斯圖卡一架接一架地向機場俯沖，這時我才看到日軍地勤人員發瘋似的跑過機場，奔向防空壕，還有一些人員直直奔向停放著的飛機，這時，日軍機場的所有警報器應該都開始尖叫起來，但這沒有必要了，已經為時過晚，毫無用處。
我壓低高度向整齊的停放在停機坪的日軍飛機飛去，並準確的投擲了炸彈，沖過機場，向右急轉，爬高後再翻過來，準備第二次攻擊。
半路才加入攻擊機群，負責給我們護航的莫德斯戰斗機團的戰斗機由于沒有空中對手，也跟在我們後面向下俯沖，掃射著通過跑道，打得停機坪上的日機不是起火就是爆炸。
等我掉過頭來準備好再次進行攻擊時，停機坪已經沒什麼好掃射的了，我們差不多把機場里的上百架敵機干得一干二淨，日本飛機一架也沒起飛得了，多數飛機不是在燃燒，就是已經爆炸。
一架挨一架停在那長長跑道上的上百架日軍轟炸機和戰斗機，大部分在燃燒。一片片火焰從炸開的油箱中飄出，翻起滾滾濃煙。
有些飛機的機身被彈片擊穿後正在漏油，暫時還沒燒著。火從一架飛機燒到另一架飛機，汽油淌到那里就燃燒到那里，整個長長的一排飛機全都變成了一團團暗紅色的蘑菇雲。轟炸機闢里啪啦像鞭炮爆炸；戰斗機燒得呼呼啦啦，像一盒盒點著了的火柴。
我帶領轟炸機把第2輪攻擊重點放在日軍機場的建築物上，而那些bf－109戰斗機駕駛員，則三五成群的把攻擊目標對準了在機場上四處奔跑的日軍空地勤人員。
在日本飛機根本就沒有升空的情況下，我們的轟炸機就投下了所有的炸彈，敵人的機庫、油庫紛紛起火，煙霧彌漫了整個機場。扔完炸彈之後，飛行員們仍不肯停止攻擊，我們開始用機槍掃射那些沒有被炸彈擊中的飛機及防空點……」
幾乎是將一切能攻擊敵人的彈藥都打完後，我回到2000米的高度上，確認攻擊戰果，看到轟炸後的油庫和其它維修車間仍在熊熊燃燒，這次突襲干得真徹底，所帶來的重大破壞無與倫比，我幾乎不敢置信眼前的一切，仿佛是在夢境中，說實話，我雖然在西班牙戰場戰斗過，可這確實是我有生以來最有成就感的戰斗之一。」
同樣的一幕不斷的在華北的各個日軍機場上演，對于自己會遭受空襲，日軍華北航空兵團沒有絲毫的心理準備，在華北空域，已經最少一個月沒有看見中國飛機了。
他們的粗心大意和疏于防範，終于受到上天的懲罰，9月5日凌晨，在志願空軍的突襲後，日軍華北航空兵團沒有進行任何抵抗就遭受了毀滅性打擊。
當巴克中校帶著轟炸機大隊返航時，北平地面突圍部隊和日軍第5師團已經殺成一團，此時對他們進行空中支援的，主要是中國空軍和德國志願空軍的「黑桃」戰斗機團，合計仍有約400架各種戰機，他們對日軍的攻擊被劃分為4個波次，盡量保證隨時都有飛機在戰場進行空中壓制。
中德空軍猛攻日軍陣地，為地面部隊前進掃除日軍重武器和火力點。第一批還未返航，第二批又來了，鋪天蓋地對日軍陣地進行輪番轟炸和掃射，日軍地面部隊同樣沒有多少有效的防空武器，被打的幾乎抬不起頭來。
尤其值得一提的是，中國空軍的飛機雖然比較老舊，但對地攻擊還是勝任的，而且由于它們普遍飛的慢，攻擊地面目標時，有時候反而更準確。
這一天的天氣很是晴朗，華北的平原地形使戰士們的視野又很開闊，在日軍陣地對面，中國官兵有機會興高采烈的觀戰，這是自抗戰以來，他們第一次見到的雄壯場面，也是第一次高興地看到日軍挨我們的打，抬不起頭來。
中國的陸軍官兵們歡呼雀躍，把軍帽和水壺拋向天空，他們不在乎對面有無數日軍的槍口，自己很可能成為日軍的靶子，官兵們情緒高昂，個個摩拳擦掌，等待去廝殺。
13軍和29軍將士從沒打過這樣舒服的仗，現在他們終于可以在光天化日之下，站在屬于自己的土地上，向天空中掠過的一隊隊雄鷹搖旗吶喊。
戰士們根本控制不住興奮和激動的心情，長期以來，他們一見到飛機就躲，一直都被來自空中的打擊壓制著，無奈地看著戰友在凌空而下的槍彈下傷亡，天上只有日軍，大長地面日軍的志氣，尤其是13軍將士，對日本空軍更有刻骨的仇恨。
現在，空中飛來了中國人的保護神，把日軍炸得趴在地面，他們昂奮地歡呼，心中的委屈蕩然無存。
本來很有些懷疑空軍實力的高級將領們，也終于放下心來，最解恨的人一定就是湯恩伯了，他正用望遠鏡孜孜不倦的觀察著不遠處的日軍陣地，那有幾架正進行俯沖掃射的戰機，細心觀察，甚至會發現他的身體在跟著飛機俯沖而不自覺做出相應的動作，當炸彈終于落下的時候，他的脖子已經拉伸到人類極限，可見投入之深，總算長出了一個月前被迫騎毛驢逃命的一口惡氣。
突圍戰後的一個直接後果是︰突圍隊伍中的抗日學生軍到達後方以後，幾乎全部踴躍要求加入正規軍保家衛國，而其中超過90％的人第一選擇都是空軍，突圍這天的場景實在給他們留下太多的震撼了。
戰到上午10時，中**隊已經突破了日軍11聯隊的2道防御線，甚至殿後的132師和143師都趕了上來，因為阻擊日軍的任務被空軍自動接管了大半，北平西護城河以外的開闊地，已經成為追擊日軍的禁區，地面鋪滿了日軍一片片的土黃色尸體，天空不時看見涂著深色迷彩的雄鷹在耀武揚威的翱翔。
日軍第5師團指揮部內，師團長阪垣征四郎中將的心情在這一天大起大落到極點，當黎明時分，正做升官發財的美夢到最關鍵的關頭卻被衛兵叫醒而打斷時，無疑是滿腔憤怒的，他2話沒說先給勤務兵賞了幾個耳光。
當知道被叫醒的原因是第9旅團報告︰中**隊開始突圍時，他的憤怒立即轉化為興奮和激動，甚至高興的沒穿衣服就在房間里跳起舞來，于是又順手賞了勤務兵幾個耳光，責怪他為什麼不早點叫醒自己。
北平城內一直打的那麼熱鬧，可自己手握精兵卻只能干看著，這種滋味對一心想在中國戰場建功立業的阪垣征四郎來說，實在是真不好受，現在，中**隊終于開始突圍了，總算輪到自己大展身手、一展宏圖了。
他立即下令各部隊做好戰斗準備，一定要全殲中**隊，他相信第5師團的軍事部署萬無一失。
為防止**突圍，他在城外部署了3道防御線，只有第一道防線力量比較單薄，這是他有意為之，因為他生怕中**隊發現情況不對又撤回城里。
具體部署是︰在中**隊最可能選擇的西南突圍方向上，以21旅團重兵進行防守，在中央和西北方向部署了第9旅團進行防守；在縱深地域則部署師團直屬部隊，充當戰術機動部隊，一旦判斷出中**隊主力的突圍方向，就在運動中消滅**。
很快，第9旅團又報告說︰中**隊主力盡出，攻勢猛烈，可以確定是以中央防線為主要突破方向，我旅團正奮勇殺敵……。直到報告的最後，才委婉的提出，敵人空軍的飛機鋪天蓋地、攻勢凶猛，11聯隊損失很大，請求師團給予指導。
對于中國空軍鋪天蓋地和請求指導的說法，阪垣征四郎的第一反應是國崎登少將在和他開玩笑，直到他的參謀長西村利溫大佐提醒他這是真的才醒悟過來。
隨後的一段時間就完全可以稱之為惡夢了，各種壞消息不斷傳來︰野炮兵第5聯隊遭受中國空軍打擊損失慘重，聯隊長武田馨大佐陣亡；11聯隊的第一和第二道防線相繼被突破；第21旅團長三浦敏事少將在帶領機動部隊增援的路上遭空襲陣亡；華北方面軍回復說，由于各空軍基地均遭受嚴重打擊，暫時不能派飛機支援第5師團……。
軍部的人都是豬，特高科的那些情報人員連豬都不如，阪垣征四郎在指揮部里不斷的轉著圈子，邊思考戰局，邊在心中痛罵那些該下地獄的東京高官們。
中國人搞出這麼大規模的空襲不可能一點馬腳都不露，而華北前線日軍居然一點預警情報都沒有得到，第5炮兵聯隊的炮兵就擺在開闊地上被敵人空軍炸。
現在，41聯隊的陣地已經是擋在中**隊前面的最後一道防線了，可是從21旅團抽調出的機動增援部隊，只要行進在道路和開闊地上就會被空襲，更多只能依靠雙腳步行，加上時刻提防空襲導致行軍速度很慢。
他繼續下命令催促21旅團加快行軍速度，同時命令師團直屬部隊騎兵第5聯隊去增援41聯隊，騎兵雖然不適合陣地防御戰，但行進速度比較快，在華北的平原地形，也不用像汽車運輸那樣完全依靠道路行軍，是現在最適合迅速增援41聯隊的部隊。
下完命令的阪垣征四郎雖然還是比較郁悶，但對阻擋住中**隊的去路，並在最後全殲中**隊還是充滿信心的，空軍再厲害也不可能解決全部問題，終究還是要靠地面部隊來說話的。
他相信41聯隊在第5騎兵聯隊援助下，一定能堅守住防線，阻止中**隊的前進，只要5個小時，側翼迂回過來的21旅團，就可以運動到位把缺口重新封住，中**隊仍是插翅難逃。
客觀的講，阪垣征四郎中將的判斷是非常有道理的，中**隊的去路確實被41聯隊擋的死死的，而且戰場形勢越來越危急。
盡管日軍炮兵聯隊被飛機打啞了，當前陣地上的人數也處劣勢，可日軍第5師團官兵的素質還是非常高的，無論是陣地對射還是肉搏都有極強的戰斗力，戰斗意志也足夠頑強，日軍士兵在各級軍官的指揮下，頂著中國飛機的狂轟濫炸，頑強的堅守著。
在日軍第3道防線的核心陣地陳家村，日軍已經擊退了中**隊的5次大規模進攻，陣地附近可謂尸山血海。
41聯隊長山田鐵二郎大佐的指揮部就在這里，他剛把最後一支預備隊派進村子，不過他並不是特別擔心，威脅最大的中國空軍好像開始後繼乏力了，游蕩在戰場上空的死神越來越少，沒有空軍的轟炸，他根本不相信缺乏重武器火力支援的中**隊能在援軍到來前突破他的陣地。
中午12點，騎兵第5聯隊雖然屢遭空襲，還是準時趕到了41聯隊陣地，日軍的第3道防線好像已經轉危為安。