Данные радиоперехвата и постов ВНОС были переданы по радио торпедоносцам, которые находились в это время у цели. Ударная группа обнаружила конвой в 19 ч. 42 м. С воздуха конвой прикрывали шесть истребителей — три Me-109 и три Me-110. Ведущий торпедоносцев подал сигнал атаки на дистанции от конвоя 15–20 км. В строю пеленга «Бостоны» сблизились с двумя последними транспортами. В это время штурмовики пушечно-пулеметным огнем атаковали сторожевые корабли и катера охранения. Истребители противника тремя группами атаковали торпедоносцы, но были отогнаны истребителями сопровождения.
В 19 ч. 46 м. были сброшены торпеды: ведущим — капитаном Островским — по концевому транспорту, тремя его ведомыми — по среднему транспорту. Выход из атаки каждым торпедоносцем осуществлялся самостоятельно. По донесениям экипажей, транспорт в 5000 т, атакованный ведущим, был потоплен, второй транспорт поврежден.
«Средним транспортом» был минный заградитель «Роланд». Он и пять сопровождавших его тральщиков в 3 ч. 45 м. покинули рейд Хаммерфеста для постановки дополнительного противолодочного минного заграждения перед входом в Перефьорд.
Капитану Островскому, несмотря на повреждения самолета, удалось сблизиться с целью на 700 м, летчику Зайцеву—на 1000 м, а двум остальным — лишь на 1800 м. По свидетельству командира корабля капитана 2-го ранга Вестеркампа, две торпеды приближались к «Роланду» с кормы с обоих бортов. Казалось, что уклониться от них невозможно. Вестеркамп даже приказал покинуть кормовую часть, ожидая неизбежного взрыва. Внезапно торпеда, приближавшаяся со стороны левого борта, затонула, не дойдя 50 м до цели. Сразу после этого командир минного заградителя положил руль на левый борт и дал полный назад. Столкнувшись с кильватерной струей, последняя торпеда немного изменила курс и прошла параллельно правому борту на расстоянии всего около полуметра.
Очевидно, что попытка атаковать цель с кормовых курсовых углов значительно облегчила немцам маневр уклонения и серьезно уменьшила шансы торпедоносцев на успех. В результате наибольшие потери немецкий отряд понес от пушечно-пулеметного огня штурмовиков. На «Роланде» им был убит один, на тральщиках — три человека, еще 20 моряков со всего соединения получили ранения различной тяжести.
В число потерь германской стороны следует включить и экипаж одного из Ме-110, сбитого в воздушном бою (по немецким данным, он столкнулся с «Аэрокоброй»). Летчиков второго Me-110, упавшего в воду, удалось спасти.
Кроме торпедоносца капитана Островского, приземлившегося в Ваенге на фюзеляж, огнем зенитной артиллерии был сбит «Бостон» старшего лейтенанта Сарыкова и одна «Аэрокобра» сопровождения.
20 сентября в 08 ч. 17 м. пост ВНОС Пумманки по пеленгу 295 обнаружил вражеский конвой, шедший курсом на Вардё. В 09 ч. 14 м. для уточнения данных о конвое в Варангерфьорд вылетели два «Харрикейна», которые из-за низкой облачности и снежных зарядов никого не нашли. Следующая группа разведчиков вылетела лишь через 2,5 часа. В 12 ч. 05 м. в районе Перефьорда пара Як-1 обнаружила группу кораблей противника в составе шести крупных и нескольких малых судов. Курс ее движения установить не удалось. Данные об обнаруженных кораблях поступили на командный пункт ВВС Северного флота только в 13 ч. 30 м., хотя разведчики произвели посадку в 12 ч. 45 м. По непонятной причине истребители не воспользовались радио, а 45-минутная задержка после их посадки объяснялась неспособностью штаба 6-й истребительной авиадивизии быстро собрать и передать «наверх» необходимые сведения.
Уже в эти часы командующий ВВС Северного флота генерал-майор авиации А.Х. Андреев определил предварительный замысел действий против конвоя. В принципе он повторял замысел предыдущей операции, за исключением того, что роль штурмовиков теперь исполняли Ил-2. С целью отвлечения части истребителей противника от конвоя планировалось выслать группу истребителей для удара по аэродрому Свартнес.