В 14.15 «Аурора» безнаказанно обстреляла Не-111, но когда в 14.51 «Пенелопа» открыла огонь по итальянскому Sm-79, этот самолет развернулся и с пологого пике атаковал «Лайвли». Эсминец сообщил, что это был Ju-88, что выглядит более правдоподобно, так как Sm-79 не может пикировать. «Лайвли» открыл огонь из 4" орудий, а самолет сбросил 2 — 250-кг бомбы. Это было еще одним признаком того, что он нес снабжение для Роммеля и не имел полного боезапаса. Отрыв бомб был хорошо виден, и «Лайвли» имел достаточно времени для уклонения. Бомбы упали в 4 кабельтовых от эсминца.
Вскоре после этого был замечен конвой. «Лайвли» и «Пенелопа» в 15.32 увидели, а потом — мачты. Дистанция была определена как 18 миль. Над конвоем висел самолет ПЛО. Поблизости были видны еще несколько Ju-88, как бы сопровождавшие конвой.
Это были немецкие суда «Прочида» и «Марица» под эскортом миноносцев «Лупо» и «Кассиопея». Корабли Соединения К пошли на перехват. «Аурора» и «Ланс», находившиеся дальше, дали полный ход.
Когда «Лайвли» и «Пенелопа» приближались к конвою, самолет, летевший впереди него, заметил англичан и выпустил 3 красные ракеты в 15.31. Это было окончательным подтверждением, что благодаря прекрасной работе радиотелеграфистов эсминцев противник не подозревает о присутствии англичан и принимает их за дополнительный эскорт.
Сообщив состав и организацию конвоя, «Лайвли» вышел на левую раковину «Пенелопы», чтобы прикрыть ее от возможных воздушных атак. Наблюдатели внимательно следили за остальными Ju-88, начавшими выказывать признаки тревоги. «Ланс» вышел на правую раковину «Пенелопы». В ходе боя «Лайвли» дал несколько залпов, а «Ланс» вообще не стрелял — оба эсминца берегли 4" полубронебойные снаряды, которых на Мальте было мало. Так как «Аурора» отстала, то вести бой пришлось только «Пенелопе».
В конце концов зенитная артиллерия всех английских кораблей открыла огонь по немецким пикировщикам, которые начали проявлять активность, когда враждебные намерения Соединения К стали очевидны. В 15.40 «Аурора», самый дальний от конвоя корабль, была атакована с пологого пике двумя Ju-88. Бомбы разорвались в полумиле от крейсера. «Пенелопа» была вынуждена круто повернуть влево, чтобы уклониться от решительной атаки другого Ju-88, чьи бомбы разорвались по левой раковины. Все 3 самолета были обстреляны «Лансом» и «Лайвли», но ни один не был сбит.
Прикрытая с флангов, «Пенелопа» энергично принялась за уничтожение конвоя. Оба миноносца начали зигзагировать на большой скорости позади конвоя, который повернул на северо-запад. «Пенелопа» быстро настигала его, стараясь отогнать миноносцы, которые открыли огонь. В борта и надстройки крейсера попали несколько осколков от близких разрывов. Один из них закончил свой путь в буханке хлеба в столовой.
Миноносцы были верткими целями, но артиллеристы лейтенанта Миллера стреляли хорошо. Крейсер открыл огонь в 15.47 по левому миноносцу с расстояния 20000 ярдов из башен А и В. Оба миноносца накрывались огнем, когда появлялись в разрывах дымзавесы, спорадически отстреливаясь. Это длилось с 15.55 по 16.18. В 16.19 «Пенелопа» прекратила стрелять по ним, когда они скрылись в дождевом шквале. В 16.10 английские корабли прошли сквозь большое нефтяное пятно, указывающее, что один из миноносцев поврежден.
Миноносцы пытались помочь торговым судам, прикрывая их дымзавесами. В конце концов «Лупо» оставил заниматься этим «Кассиопею», а сам в одиночку совершил 2 торпедные атаки под градом снарядов. Торпеды прошли мимо, но английские корабли были вынуждены маневрировать, чтобы уклониться от них. «Лупо» остался цел, но «Кассиопея» получила повреждения от осколков. «Лупо» выпустил 116 снарядов, «Кассиопея» — 188.
Оба немецких судна тоже попытались отстреливаться, но бесполезно. Когда итальянские миноносцы скрылись на севере, они прекратили огонь. В 16.20 экипажи оставили их.
«Пенелопа» подошла ближе, чтобы прикончить их, и вела огонь с дистанции 1,5–2 мили. Каждое из судов было подожжено первым же залпом. Потом они сомкнулись, и в 16.32 сначала одно, а затем второе взорвались и затонули. Оба, без сомнения, несли топливо и боеприпасы.
Соединение К снова собралось, и «Аурора» безрезультатно обстреляла пролетавший поблизости Ju-52.
В 16.3 °Cоединение К начало отходить курсом 280° со скоростью 28 узлов. Оставалось еще 2 часа светлого времени, и корабли находились в 100 милях от аэродромов Крита. В последний раз они видели итальянские миноносцы в 16.51, когда «Аурора» заметила дым по пеленгу 308°. Это были 2 корабля, уходящие на большой скорости на север.