间上充裕，在飞行员准备出击之前，泷山给予了热烈的欢送以鼓励飞行员作战。此时，所有战队的空勤人员，都志愿参与特攻任务，以击落威胁日本的B…29来报国为己任。不过为了保留实力，泷山战队长只指明了4位飞行员担任特攻，包括达宫中尉，森中尉与永田曹长驾驶二式单座战斗机，以及尾崎少尉驾驶一式战斗机参与特攻任务。
当泷山战队长对于他的兵力作了以下的部署，首先本部及第1中队立即起飞，装备一式战斗机的第3中队随后起飞，以鞍山为中心在半径30公里内，以高度7000米进行巡逻任务，阻止B…29入侵鞍山。装备二式单座战斗机的第2中队则奉命停留基地内待命，由战队长自空中发决定出动命令。之所以下达以上命令，是因为二式单座战斗机航程较短，所以应该安排在适当时机起飞，至于第3中队，由于水准较差，所以安排防卫鞍山，以避免更大的损失。当泷山战队长座机正在爬高的同时，他接获到了B…29通过山海关的情报，于是他下令第2中队起飞。第3中队也同时起飞。
经过六个半小时的飞行后，91架B…29顺利进入满洲上空，当时满洲天气晴朗，但是对于正在执行勤务的机组人员而言，气温却是异常的低，导致B…29各机的窗子结冰，造成了飞行员，轰炸手与机枪手视力严重的阻碍。在奉天上空，独立飞行第25中队的15架二式双座战斗机机群也在满洲上空准备拦截B…29之作战，此外还有伪满陆军航空队的兰花特别攻击队所使用的九七式战斗机33架，主要由伪满陆军航空队第2飞行队与伪满陆军航空学校的队员组成。飞行第104战队则有一式战斗机6架与二式单座战斗机12架，共18架作战飞机等待着B…29来袭，另外还有10架一式战斗机则被安排于鞍山上空。
日军独立第15飞行团之作战配置兵力
部队 飞机 驻地
独立第15飞行团司令部 鞍山
飞行第104战队 四式战斗机约12架 鞍山
二式单座战斗机约30架 鞍山
一式战斗机约10架 汤岗子
独立飞行第25中队 二式双座战斗机约30架 辽阳
独立飞行第81中队 百式司令部侦察机约10架 鞍山
伪满陆军航空队 九七式与一式战机约10架 奉天
合计：100架作战飞机
附：飞行第104战队第二次整编后之战力表
飞行第104战队本部：四式战斗机 4架
飞行第104战队第1中队：四式战斗机 8架，二式单座战斗机8架
飞行第104战队第2中队：二式单座战斗机20架
飞行第104战队第3中队：一式战斗机 11架
不久，泷山战队长便在西方发现B…29大编队先头梯队8架，如此之梯队随后日军估计约有10个，他评估其正朝奉天方向前进当中，于是利用无线电通报B…29在盘山西方东北进之中，并且命令奉天防空战开始。由于事先判断B…29可能会朝奉天展开轰炸，于是命令第2中队向奉天航行，并且自己也调机朝奉天前进。由于此时空中的电波状况非常乱，空中指挥作战几乎不可能，不过他可以看到第2中队的二式单座战斗机自本队
下方通过。当泷山战队长在奉天西南方高空30到50公里上空下达了攻击命令，然后就是第104战队第2中队与独立飞行第25中队战机开始对B…29展开了攻势。
以10架B…29编成的一个编队，在进入奉天后，由于过早投弹，命中目标前9英里的铁路调度场。其它的80余架B…29的投弹较为准确，使用的****262吨散布于目标区各地，美机组人员因而评估工厂受到了若干损失，不过邻近的兵工厂受到了更惨重的损害。对于这次的轰炸成果，美军表示非常满意，而目标上空也慢慢的被浓烟包围住了。不过，美军高兴的太早了，因为他们很快就发现了日本战斗机群出现在他们的面前，一场恶战随即开始。这是B…29在轰炸伪满洲的任务当中，首度遇到的强烈抵抗。
来自第468大队第792中队，编号42…6390，由罗杰&；#183；伯利斯上尉（Captain Roger Parrish）所驾驶的B…29首先被独立飞行第25中队的二式双座战斗机所击落。该架二式双座战斗机的驾驶员为池田忍军曹。当池田军曹驾驶屠龙扫射另外一架来自第468大队，编号42…24486的B…29机尾时，该架B…29的机枪手击中了屠龙的右引擎。池田机立即开始向下坠落，不过他随后又重新掌握住了飞机，然后突然撞入42…6390的机尾，这是在满洲发生的首次日机实施自杀攻击撞击B…29事件。被击中的B…29立即坠落。在这场攻击中，池田军曹殒命，而那架B…29也只有一个人顺利跳伞成功，他是阿诺&；#183；巴普中士（S/Sgt。 Arnold G。 Pope），他回忆道：我猜想所有的机组人员，除了我自己之外都死了，我没有看到其它人“紧急弃机跳伞”。
然而，这绝对不是唯一的损失，因为日本飞行员还将会让美军付出代价。飞行第104战队的明野吉博军曹驾驶二式单座战斗机撞向一架编号为42…6299，来自第462中队的B…29。这架B…29的击落纪录争议性较大，也有人说是被指定担任特攻作战的永田忠则曹长驾驶二式单座战斗机撞伤之后，由僚机飞行员曾根曹长追击至营口湾上空，使用机炮击落。不过，他事后将这个战果让给了战死的永田曹长。根据B…29机上唯一的两名生还者之一的华特&；#183；赫斯中士（S/Sgt。 Walter Huss）回忆：飞机不是在天空中当场爆炸，就是被击毁了瞭望窗部分后，将我们甩出了飞机。我们两个没有一个知道我们是怎么离开飞机的，所以我们所持有的唯一解释就是飞机不是在天空中爆炸，就是被击毁了瞭望窗部分，那是一座火力控制室，所以将我们两人完整的抛出了飞机。
当时，除了美日交战双方外，就连在奉天战俘营的盟军战俘也目睹到了此次空战，其中一名战俘罗依&；#183；威尔（Roy Weaver）回忆道：看到日本战斗机冲向了一架B…29，并在撞击后目睹到了大爆炸，碎片由天而降，简直是让我敬畏，这是唯一一句我所能用来形容的话，一种致命的敬畏感。
此时，第468大队，驾驶B…29编号42…63356的飞行员道格拉斯&；#183；海德菲少校（Major Douglas Hatfield）恐怕必须要为自己的命运祷告了，因为来自北陵飞行场第4练成飞行队的宗文朗少尉所驾驶的一式战斗机已经飞到了他的正前上方。他立即朝B…29飞近到了三十码的距离时，B…29机头的机枪手立即朝这架一式战斗机开火，将其引擎打得起火燃烧。不过，宗文朗仍然没有放弃，他将战机调整后，撞向了42…63356号B…29轰炸机的一号引擎，自己飞机的左翼也当场折断。宗文朗则被甩出了座机，他打开了降落伞安全降落于地面。
第444大队第6中队编号42…6262的B…29也成为了独立第25中队，飞行第104战队，独立飞行第81中队与伪满兰花特别攻击队联合围剿的牺牲者，不过可惜的是目前尚无资料证实这架B…29到底是由哪支部队与哪位飞行员所击落。该架飞机驾驶员为卡罗&；#183；巴恩斯少校（Major Carl R。 Barnes），当这架B…29被击落时，目击到此幕的B…29机组人员保罗&；#183；塞克中士（T/Sgt。 Paul Salk）回忆说：我当时人在第545号机的右后方，我后来发现6262已经坠落，然后失踪了。它又跟随机队轰炸目标，我看到了1架“尼克”在6262投完弹之后，对其展开了一个派司的攻击。
不过，根据阅读的日本史料，我大胆的估计42…6262有可能被独立第81中队臼井信二伍长所驾驶之百式司令部侦察机所撞毁，臼井也同时战死了。事实上在高空作战时，也很难分辨出是哪一种机型。不过，他也可能是撞到其它B…29时，没有撞落敌机，反而自己杀身成仁了。另外，伪满陆军航空学校中尉，军官学校一期毕业生春日园生中尉也驾驶九七式战斗机1架，宣称撞毁1架低空飞行当中的B…29，最后也不幸身亡。事实上，当时遭到日本陆军航空队与伪满陆军航空队俯冲撞击的B…29并不只这4架，但是大多没有遭到击落，顶多是撞伤，所以这2名飞行员也没有办法确认有击落任何战果。另外，飞行第104战队的其它三名特攻队员都失去了击落B…29的机会。其中尾崎少尉由于其驾驶的一式战斗机速度不及B…29而失去了得到战果之机会。另外两名飞行员远山中尉与森中尉也没有得到任何机会。然而事实上，除了指定当特攻的成员之外，几乎所有参与这次空战任务的日满飞行员都是一有机会，就疯狂地实施特攻攻击，这完全是所谓武士道精神毒害的结果。
当B…29慢慢的飞离满洲之后，第5航空军辖下之飞行第9战队与第28教育飞行队立即派出飞机拦截B…29。最后根据以上两支部队回报，在开封与新乡地区击落了2架与击伤1架B…29，另外在德县也有1架B…29遭到第15教育飞行队击落。将第2航空军，伪满陆军航空队与第5航空军在伪满洲与中国境内所击落的B…29合计起来，起码取得了9架战果，而在伪满洲则包括了6架。不过，事实上，第20轰炸指挥部58重轰炸机联队在这次任务中，只损失了7架B…29，而且只有其中4架是确认被日机所撞落的。其中包括第40大队编号42…63363则在中途遇到意外而失事，组员则得到了八路军救援。另外，第468大队编号42…6389的B…29则在返航期间撞山失事，人员全部殉职。同一大队一架编号42…63395的B…29则于返回彭山基地时在跑道上坠毁。
另外，还有9架B…29由于无法飞抵目标，而轰炸了位于大连、郑县、青岛与朝鲜海州的次要目标，另外还有5架提早的返回了基地而未执行任务，不过91架B…29仍然成功的对奉天实施了轰炸任务。虽然7架的损失并不算是太过于严重，但是这可是B…29在满洲的攻势中，首度遇到的强烈抵抗，并且也是唯一一次在日本本土之外的空中领域上遭遇日军之沉重打击。不过，除了4架战果中3架能确认战果之外，其余的几名战死的飞行员都无法证实是否有真的撞下任何一架B…29，所以也有可能是在被击落后，甚至是撞击B…29失败后所虚报的战果。奉天防空战最重要的一刻是伪满陆军航空队的首次空战，虽然驾驶者大多为日本飞行员，但这也无论如何都是伪满陆军航空队所难得的作战战果之一。
此次空战，日本陆军航空队共损失了1架二式双座战斗机，2架二式单座战斗机，1架一式战斗机，另外则有1架伪满陆军航空队的九七式战斗机。唯一生还的日本飞行员为第4练成飞行队的宗文朗少尉。他在事后获得了日本政府所颁发的武功徽章，并且升级至中尉。可惜的是，他的好运也到此为止了。1945年2月，他在一场飞行训练中遭到僚机误击丧生，最后日本军方给追晋其为大尉。
对于这场空战，美军给予如下之评价：日军的防御飞机此次相当活跃，总共对空中堡垒实施247次攻击，包括3次互撞。其中故意1次，为受伤的战斗机缠住空中堡垒机一起掉落，所以判断为有计划的冲撞行为。非故意2次，一次结果日本战斗机坠落，而B…29仅螺旋桨弯曲而已；另一次双方飞机均告损坏。此外，日军经常使用战术性的空对空轰炸，其****虽命中B…29机翼，但损害不大，虽起火燃烧，但仍能免强降落