До нанесения главного удара в район юго-восточнее Констанцы из Евпатории взлетала демонстративная группа в составе 10 бомбардировщиков (DB-7B «Бостон» и A-20G) и 14 истребителей Р-40 с задачей отвлечь на себя истребительную авиацию противника и держать в напряжении систему ПВО. В течение 100 минут эта группа производила демонстративный полет в заданном направлении. Не встретив сопротивления со стороны истребителей противника, группа вернулась на свой аэродром.
23-й штурмовой авиаполк имел задачу подавления истребительной авиации противника на аэродромах, чтобы не дать ей возможности вылетать против наших ударных групп на участке маршрута Днестровский лиман — Сулина. Воздушная разведка на аэродромах этого участка истребительной авиации не обнаружила. Поэтому командующий ВВС перед 23-м авиаполком поставил другую задачу: «С целью отвлечения внимания противника на себя для нанесения скрытного удара ударными группами по ВМБ Констанца нанести ряд последовательных ударов по плавсредствам противника в порту Сулина». Для выполнения поставленной задачи выделили 29 самолетов Ил-2, действия которых прикрывали 18 истребителей ЛаГГ-3 25-го авиаполка. В период с 10:00 до 10:32 20 августа эти силы пятью группами последовательно нанесли бомбоштурмовые удары. В результате потоплены румынская самоходная баржа «Kozia» и сторожевой катер SW-1, а также тяжело повреждена десантная баржа F-506, затем брошенная экипажем.
В 09:15 вылетел на выполнение боевого задания 13-й авиаполк, имевший следующую задачу: одновременно двумя группами под прикрытием истребителей Р-39 11-го авиаполка за три минуты до нанесения главного удара 13-й авиадивизией нанести бомбовый удар по плавбазе подводных лодок «Constanta» и бомбами ДАП-100/80-ф произвести задымление наблюдательных пунктов и огневых позиций зенитной артиллерии противника в районе порта Констанца.
Первая группа в составе девяти самолетов-дымзавесчиков A-20G и одного A-20G для определения направления ветра под прикрытием девяти Р-39, вторая группа из десяти самолетов A-20G под прикрытием девяти Р-39 и вспомогательная ударная группа из трех Р-39 произвели сбор в районе аэродрома и в 9:39 лети на курс следования к цели. Один A-20G, выделенный для определения направления ветра у земли в районе цели, до точки сбрасывания бомб следовал в общем строю группы. В 10:30 в точке Ш=44°42′ Д=30°10′, выйдя из общего строя вперед со снижением на дистанцию до 20 км, с высоты 4200 м он сбросил бомбы ДАП-100/80-ф и к 10:35 повторно сбросил еще четыре ДАП-100. По клубам дыма штурманы экипажей группы дымзавесчиков определили ветер у земли, а ведущий группы принял решение — дымзавесу поставить в южной части порта Констанца. Группа бомбардировщиков по этим же данным произвела промер ветра для заданной высоты бомбометания.
Выйдя в район Констанцы на 4 минуты раньше, обе группы сделали дополнительный излом пути для потери времени и в 10:52 на высоте 6000 м вышли в точку тактического развертывания. После сигнала выхода в атаку группа из десяти самолетов A-20G в 10:57 боевым курсом 225° с высоты 5300 м сбросила 66 ФАБ-100 по эсминцу и транспорту в северной части порта Констанца. Третье звено сбросило бомбы по ведущему с опозданием, в результате все бомбы легли с перелетом в районе Лесной гавани. По визуальному наблюдению экипажей бомбардировщиков отмечено два прямых попадания в транспорт водоизмещением 6000 т, который загорелся. Разрывы остальных бомб наблюдались вдоль причалов северной гавани и мастерских. Обратим внимание: цель удара, плавбаза «Constanta», находилась в самой южной части порта у мола — а бомбили корабли в северной части порта.
Вторая группа в составе девяти самолетов-дымзавесчиков A-20G, имея задачу за 3 минуты до удара пикировщиков произвести задымление огневых позиций и наблюдательных пунктов зенитных батарей, в 10:57 с высоты 5500 м сбросила в южной части порта Констанца 70 бомб ДАП-100/80-ф. По наблюдению экипажей дымзавесчиков и 13-й авиадивизии батареи зенитной артиллерии из района задымления огонь прекратили.
По сигналу, установленному на операцию, 20 августа в период от 09:41 до 09:47 произвели взлет главные силы. За каждой группой бомбардировщиков, взлетавших шестерками, поднималась группа истребителей непосредственного прикрытия, что обеспечивало быстроту их сбора. Сбор авиадивизии прошел организованно. Походный порядок авиадивизии представлял собой колонны бомбардировочных полков с подразделениями истребителей прикрытия и возглавлялся командиром авиадивизии полковником Корзуновым.