兩艘軍艦都受了傷，又有氧氣魚雷的威脅，沈鴻烈只得下令撤退，但是「屋漏偏逢連夜雨」的是，來自仁川與漢城的數百架日軍飛機幾乎同時趕到了戰場，前者全是戰斗機，對兩艘中國軍艦沒什麼直接威脅，但是來自漢城的飛機不但數量更多，而且其中還有近百架陸航轟炸機，這令定遠與致遠這兩艘軍艦上的中國海軍官兵紛紛色變。!但就在這時，西北方向的天空也同樣出現了黑壓壓的機群，一些頭腦靈活的海軍官兵首先反應過來，驚喜道，「是我們的飛機！」
有雷達的幫助，鬼子出動如此大規模的機群必然會驚動青島的第一戰區前敵指揮部，這一點鬼子也所預料，事實上他們一下子出動這麼多飛機，固然是為了消滅那些被俘日艦，同樣也不無藉此將華北航空總隊主力誘而殲之的打算，要不然鬼子也不會派來這麼多的戰斗機了。但令他們大感意外的是，「敵機的數量怎麼這麼多？」
日軍的飛行員們雖然知道己方的戰報素來夸大，但不管如何，總歸也有個限度，可是現在目測敵機的數量竟然超過了500架，這幾乎是情報中所說的兩倍之多，饒是鬼子的飛行員一向驕傲，心中也不禁打起鼓來。他們卻不知道，第二批蘇援航空隊的150架飛機和相應的飛行員在不久之前剛剛飛抵濟南，現在情況緊急，胡衛東也就將他們都派了出來以壯聲勢，真要和鬼子死拼的話。這些雖然比第一批蘇援航空隊底子好很多、卻終究還是缺乏實戰經驗的蘇聯飛行員只怕很難有太haode表現。不過，能夠威脅到鬼子機群的，不僅僅是戰斗機
「怕毛！給我狠狠地打！敵機越多，咱們的戰果越大！打不中比打中還難，這樣的機會可不多！」，出身于十五軍防空旅的致遠號政治部主任唐軍雖然長得清秀白淨，嘴里卻是髒話不斷。但或許正是被他的鎮定與樂觀所感染，致遠號上之前因為主炮塔引走和擋住了敵軍炮火而沒有受到什麼損失的24門大口徑高射炮率先對著幾乎遮蔽了東方天空的敵軍機群發出了怒吼
歷史上直到二戰中後期才出現的「炮瞄雷達+近炸引信」組合確實好用，第一輪齊射就擊落了兩架沖在前面為轟炸機作掩護的日軍戰斗機。另有多架敵機不同程度地受傷，唐軍登時一拍大腿叫道，「打得好！再給老子干幾架下來！」
鬼子的飛行員雖然對敵人突然冒出這麼多飛機有些疑懼。但終究沒有失去進攻的勇氣，十幾架俯沖轟炸機率先沖出隊列，不顧一切地撲向與定遠號之間尚有一段距離、還形不成交叉火力的致遠號。隨著距離的拉近，敵艦的大口徑高射炮威脅越來越大，但鬼子的轟炸機飛行員相信，只要成功沖過彈幕，這艘排水量一萬多噸的重巡洋艦就會如同被剝去衣服的美女一樣任其施為了。然而，還沒等這些日軍陸航的俯沖轟炸機下降到可以開始俯沖的高度（1000米左右），致遠號上的近防系統就開始發威了，雖然相應的快速反應炮瞄雷達還沒研制成功。但歷史上被稱為奇跡的陀螺瞄準具廣泛裝備之後，同樣可以令其命中率與反應速度暴增數倍之多
「突突突」，4座雙聯裝37高射炮首先噴出了憤怒的火舌，高度降到300米以下的敵機當即遭到了迎頭痛擊，除了直接命中之外。這些高射機關炮射出的37炮彈還會在射出8秒鐘後自爆，雖然殺傷效率不能與近炸引信相比，但其形成的彈幕對于俯沖轟炸機來說，也同樣是不能忽視的威脅，須知目前的俯沖轟炸機還都沒有裝甲防護
又損失了幾架之後，這隊日軍俯沖轟炸機才終于進入了可以俯沖的位置。但是致遠號上近防系統中真正的主力也是從這時開始才正式登場。8座雙聯裝25高射機關炮幾乎是在一瞬間（單炮射速為600發分鐘）就傾瀉出去數百發炮彈，組成了一副密不透風的火網，率先開始俯沖的那幾架日軍轟炸機首當其沖，直接就被打散了架。而12座6管「密集陣」高射機槍更是成為了這些日軍飛行員的噩夢，雖然口徑不算太大，但是打壞鬼子的薄皮飛機卻是綽綽有余，更重要的是，其每秒幾千發的恐怖射速遠遠超過了鬼子的想象，他們甚至連同歸于盡的決心都被粉碎，整整十二架轟炸機沒給致遠號造成任何創傷就一架都不剩了
「全滅？全滅！」，所有看到這一幕的鬼子飛行員都驚呆了，他們平生第一次見到如此可怕的防空火力，不，甚至可以說是從未耳聞過。某些有心人暗自拿其和帝國海軍重巡洋艦上的防空火力作了粗略的比較，結論卻令他們難以置信，「這艘軍艦和同級的築摩號相比，防空火力加強了至少10倍、不，是20倍，20倍啊！中國人究竟是怎麼做到的？明明才這麼點時間！」
雖然普遍深感震驚，但這些鬼子飛行員還是不會就此放過致遠號，然而剛才那次失敗的俯沖轟炸一耽擱，致遠號與定遠號之間的距離又拉近了很多，至少兩艘軍艦上的大口徑高射炮可以互相應援了。更要命的是，鬼子的機載電台很不好使，飛機之間的聯絡大多數情況下都靠手語和畫圖板，這不但令日軍的飛機不得不保持較近的間距，變相提高了敵艦防空炮火的命中率，更是嚴重影響了日機的協調指揮，而且機群規模越大就越是如此。歷史上鬼子從未有過上千架飛機一起統一行動的戰例就是明證，即便二戰期間日本飛機生產的高峰期年產量超過了一萬六千架
而眼下，其最直接的表現就是在已經踫過一次壁之後，鬼子的俯沖轟炸機居然還不自覺地分成了兩隊，結果卻分散了兵力，以致于一次俯沖轟炸就白白被擊落了超過三十架轟炸機（大部分日機都撲向目標更大的定遠號了），結果卻連一艘敵艦都沒炸沉……)
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