双方的空军，首先在芬兰湾上空展开了殊死交锋。
德军一个战斗航空团（120架单引擎战斗机组成）先打头阵，意图消灭戈格兰岛的苏联空军实力，为后续赶来的俯冲轰炸航空团（80架斯图卡轰炸机）扫清障碍。
岛上的苏联空军也倾巢而出，1整个混装航空师（180架飞机）全部出动，这个师的所有战斗机（120架战斗机）都向南飞去，迎战德国的战斗航空团。
而其余的60架轰炸机（20架Tu-2T，40架Pe-2）在1个补充战斗机航空团（60架战斗机）的保护下，向西飞去，袭击德国海军舰队。
双方的力量势均力敌，战斗机数量非常接近。但考虑到德国飞行员素质较好的因素，苏联空军这边还是有点吃亏，幸好这次是低空作战，苏联战斗机在低空性能上占了不少优势，也算是弥补了飞行员素质上的劣势。
正当苏德战斗机开始交战，在空中相持不下的时候，苏联的轰炸机团已经飞到了德国舰队的上空。
还没等德国人反应过来，苏联40架Pe-2高速轰炸机已经锁定了各自的轰炸目标，俯冲而下，投下了一枚又一枚的炸弹。图-2T鱼雷轰炸机也开始低飞，往重点打击目标——格奈森瑙号、舍尔上将号和欧根亲王号靠近，投下了挂载鱼雷。
只不过，这批飞行员的素质并不算太好，训练还是少了一点，投弹的准确度也是比较低。
一些轰炸机投鱼雷的位置离船只太远（大概是害怕被防空炮炸中的缘故），偏差很大，也有一些轰炸机在投下鱼雷之前被德国护航飞机击落，最终只有三分之一的航空鱼雷命中了各自的目标。
作为德国波罗的海舰队的旗舰，格奈森瑙号战列巡洋舰固然是苏联空军袭击的首要目标，第一轮轰炸下来，这艘战列巡洋舰就中了3发鱼雷。
不过，苏联的机载鱼雷威力实在是有限，而且3发鱼雷击中的位置都不同，再加上舰船本身的防护系统较好，所以几发鱼雷对这首战列巡洋舰造成的伤害有限，对舰船本身并没有造成多大伤害。
舍尔上将号就没这么幸运了，这艘船身装甲厚度只有80毫米的重巡洋舰，中了1发鱼雷之后就已经开始入水，船身开始倾斜了。
更何况这艘被列入“重点打击对象”的袖珍战舰，中的鱼雷也不止1发，而是3发！其中一枚鱼雷还击中了炮塔附近的装甲，点燃了弹药库，引发了一场大爆炸，缺口也变得更大。
冰冷的海水从3个被鱼雷炸出的洞里流入船内，船身开始往左侧倾斜，而且倾斜的角度越来越大。无论船员采取什么样的措施，都无法阻止海水的流入。
一些船员已经预测到这艘船的命运，舰长还没下令弃船，他们就已经冲出甲板，跳水逃生。舰长并没有追究这些船员的责任，就在第3个船员跳水之后，他就已经下达了弃船逃生的命令，告别了这艘“伟大的”德意志军舰。
战斗依然在继续，苏联的轰炸机已经取得了不俗的战绩——炸沉了舍尔上将号袖珍战舰、莱比锡号轻巡洋舰和1艘驱逐舰（Z25），击落了20架护航的BF109战斗机和6架FW190战斗机。
不过，一轮空袭下来，苏联航空部队就已经付出了不小的代价，40架Pe-2轰炸机里有27架被密集的防空炮或者护航战斗机所击落，20架图-2轰炸机里也损失了14架，60架战斗机当中有35架被德国护航战斗机击毁，整体损失达到了63%。
随后，芬兰空军的增援部队来到了战场上空，对苏联飞机发起了反击。剩余的飞机，因为损失太过惨重的缘故，被迫掉头折返。
飞行速度较快的苏联战斗机迅速逃离了战场，芬兰空军的福克儿D.XXI和德国空军的BF109根本就追不上雅克-3战斗机，要追上拉-7战斗机也够呛。而换装了VK-107引擎的Pe-2轰炸机飞行速度也比较快，轴心国飞机根本就追不上。
图-2轰炸机的速度也不慢，好歹也有每小时528公里，速度比芬兰空军的福克D.XXI还要快了不少。
剩余的图-2轰炸机在多架拉-7战斗机的掩护下，成功甩掉了芬兰空军的福克D.XXI战斗机，追上来的BF-109战斗机数量也不多，被图-2轰炸机搭载的B-20机炮和拉-7战斗机联合解决掉，但也有2架图-2轰炸机和6架战斗机被击落，只有三分之一的飞机能够逃离战场。
在德国舰队遇袭的同时，德国空军的突袭机群也飞到了苏联舰队的附近。
但这一次，德国空军就没苏联空军这么好运了。他们刚巧遇到了1个从列宁格勒起飞的苏联战斗机航空师，在数量上被苏联的战斗机所压制。
在苏联飞行员普遍掌握新战术（主要是用来对付FW190，避免被FW190的机头对中）的情况下，苏联空军这次的战绩也是不错的，成功把突袭机群给击退，保障了苏联波罗的海舰队的安全，但这次苏联飞机的损失数量还是多于被他们击落的德机。
戈格兰岛上空的情况也是差不多，一开始双方僵持不下，苏联空军这边损失略大，但到苏联空军的1个航空师增援之后，德国飞行机群又被苏联空军以数量压制，结果德国空军还是被击退了。
看见苏联飞机消失在天空之中，格奈森瑙号战列舰舰长奥托·费恩终于松了一口气。
这场空袭虽然以失败告终，参与空袭的苏联机群损失了70%的飞机，但却击沉了舍尔上将号这样一艘“主力战舰”，还把1艘轻巡洋舰、1艘驱逐舰也击沉了。这对海军力量本来就弱小的德国来说，是一个重大的损失。
然而，过了不到半个小时，苏联的波罗的海舰队出现了！在苏联人上空的，是一支规模更加庞大的航空机群。这上百架飞机，再加上波罗的海舰队本身的力量，足以对德国舰队造成重创，即便德国人赢了这场海战，也要付出不小的代价。