雙方的空軍，首先在芬蘭灣上空展開了殊死交鋒。
德軍一個戰鬥航空團（120架單引擎戰鬥機組成）先打頭陣，意圖消滅戈格蘭島的蘇聯空軍實力，爲後續趕來的俯衝轟炸航空團（80架斯圖卡轟炸機）掃清障礙。
島上的蘇聯空軍也傾巢而出，1整個混裝航空師（180架飛機）全部出動，這個師的所有戰鬥機（120架戰鬥機）都向南飛去，迎戰德國的戰鬥航空團。
而其餘的60架轟炸機（20架tu-2t，40架pe-2）在1個補充戰鬥機航空團（60架戰鬥機）的保護下，向西飛去，襲擊德國海軍艦隊。
雙方的力量勢均力敵，戰鬥機數量非常接近。但考慮到德國飛行員素質較好的因素，蘇聯空軍這邊還是有點吃虧，幸好這次是低空作戰，蘇聯戰鬥機在低空性能上佔了不少優勢，也算是彌補了飛行員素質上的劣勢。
正當蘇德戰鬥機開始交戰，在空中相持不下的時候，蘇聯的轟炸機團已經飛到了德國艦隊的上空。
還沒等德國人反應過來，蘇聯40架pe-2高速轟炸機已經鎖定了各自的轟炸目標，俯衝而下，投下了一枚又一枚的魚雷。圖-2t魚雷轟炸機也開始低飛，往重點打擊目標——格奈森瑙號、舍爾上將號和歐根親王號靠近，投下了掛載魚雷。
只不過，這批飛行員的素質並不算太好，訓練還是少了一點，投彈的準確度也是比較低。
一些轟炸機投魚雷的位置離船隻太遠（大概是害怕被防空炮炸中的緣故），偏差很大，也有一些轟炸機在投下魚雷之前被德國護航飛機擊落，最終只有三分之一的航空魚雷命中了各自的目標。
作爲德國波羅的海艦隊的旗艦，格奈森瑙號戰列巡洋艦固然是蘇聯空軍襲擊的首要目標，第一輪轟炸下來，這艘戰列巡洋艦就中了好幾發魚雷了。
不過，蘇聯的機載魚雷威力實在是有限，艦船的防護系統較好，所以幾發魚雷對這首戰列巡洋艦造成的傷害有限，對艦船本身並沒有造成多大傷害。
舍爾上將號就沒這麼幸運了，這艘船身裝甲厚度只有80毫米的重巡洋艦，中了1發魚雷之後就已經開始入水，船身開始傾斜了。
更何況這艘被列入“重點打擊對象”的袖珍戰艦，中的魚雷也不止1發，而是3發！其中一枚魚雷還擊中了炮塔附近的裝甲，點燃了彈藥庫，引發了一場大爆炸，缺口也變得更大。
冰冷的海水從3個被魚雷炸出的洞裡流入船內，船身開始往左側傾斜，而且傾斜的角度越來越大。無論船員採取什麼樣的措施，都無法阻止海水的流入。
一些船員已經預測到這艘船的命運，艦長還沒下令棄船，他們就已經衝出甲板，跳水逃生。艦長並沒有追究這些船員的責任，就在第3個船員跳水之後，他就已經下達了棄船逃生的命令，告別了這艘“偉大的”德意志軍艦。
戰鬥依然在繼續，蘇聯的轟炸機已經取得了不俗的戰績——炸沉了舍爾上將號袖珍戰艦、萊比錫號輕巡洋艦和1艘驅逐艦（z25），擊落了20架護航的bf109戰鬥機和6架fw190戰鬥機。
不過，一輪空襲下來，蘇聯航空部隊就已經付出了不小的代價，40架pe-2轟炸機裡有27架被密集的防空炮或者護航戰鬥機所擊落，20架圖-2轟炸機裡也損失了14架，60架戰鬥機當中有35架被德國護航戰鬥機擊毀，整體損失達到了63%。
隨後，芬蘭空軍的增援部隊來到了戰場上空，對蘇聯飛機發起了反擊。剩餘的飛機，因爲損失太過慘重的緣故，被迫掉頭折返。
飛行速度較快的蘇聯戰鬥機迅速逃離了戰場，芬蘭空軍的福克兒d.xxi和德國空軍的bf109根本就追不上雅克-3戰鬥機，要追上拉-7戰鬥機也夠嗆。而換裝了vk-107引擎的pe-2轟炸機飛行速度也比較快，軸心國飛機根本就追不上。
圖-2轟炸機的速度也不慢，好歹也有每小時528公里，速度比芬蘭空軍的福克d.xxi還要快了不少。
剩餘的圖-2轟炸機在多架拉-7戰鬥機的掩護下，成功甩掉了芬蘭空軍的福克d.xxi戰鬥機，追上來的bf-109戰鬥機數量也不多，被圖-2轟炸機搭載的b-20機炮和拉-7戰鬥機聯合解決掉，但也有2架圖-2轟炸機和6架戰鬥機被擊落，只有三分之一的飛機能夠逃離戰場。
在德國艦隊遇襲的同時，德國空軍的突襲機羣也飛到了蘇聯艦隊的附近。
但這一次，德國空軍就沒蘇聯空軍這麼好運了。他們剛巧遇到了1個從列寧格勒起飛的蘇聯戰鬥機航空師，在數量上被蘇聯的戰鬥機所壓制。
在蘇聯飛行員普遍掌握新戰術（主要是用來對付fw190，避免被fw190的機頭對中）的情況下，蘇聯空軍這次的戰績也是不錯的，成功把突襲機羣給擊退，保障了蘇聯波羅的海艦隊的安全，但這次蘇聯飛機的損失數量還是多於被他們擊落的德機。
戈格蘭島上空的情況也是差不多，一開始雙方僵持不下，蘇聯空軍這邊損失略大，但到蘇聯空軍的1個航空師增援之後，德國飛行機羣又被蘇聯空軍以數量壓制，結果德國空軍還是被擊退了。
看見蘇聯飛機消失在天空之中，格奈森瑙號戰列艦艦長奧托·費恩終於鬆了一口氣。
這場空襲雖然以失敗告終，參與空襲的蘇聯機羣損失了70%的飛機，但卻擊沉了舍爾上將號這樣一艘“主力戰艦”，還把1艘輕巡洋艦、1艘驅逐艦也擊沉了。這對海軍力量本來就弱小的德國來說，是一個重大的損失。
然而，過了不到半個小時，蘇聯的波羅的海艦隊出現了！在蘇聯人上空的，是一支規模更加龐大的航空機羣。這上百架飛機，再加上波羅的海艦隊本身的力量，足以對德國艦隊造成重創，即便德國人贏了這場海戰，也要付出不小的代價。