9月29日最初的几个小时，围绕广州的中日两军都在紧急调动和部署。日军依仗着内线优势首先完成的防御调整，东北部以火炉山为核心依旧是战斗力最弱的台湾旅团防守，东部则由第4师团一个支队防御；东南由以黄埔港为核心的海军固守，南部海珠区是第11师团1个支队及海军陆战队一部；西部是第11师团主力，核心阵地位于白云山；预备队是近卫旅团及一个由装甲大队为核心组成的临时支队；而各师团在广州的留守官兵甚至海军岸上人员都被分配到各防守部队中增加战力。
围绕广州的国军仗着先出发也总算在天亮前基本完成调整，东北至东部由张发奎率领的12集团军主力担任助攻，南部由韦云淞31军主力担任牵制；西部在桂军强烈要求下从佯攻改成助攻，由夏威率16集团军主力担任；西北至北部由李延年指挥2、6军全部及5军一部对白云山一带发动主攻。
晨6时25分，随着太阳升起东方，周志柔紧急调来的第1、第6大队及第2大队剩下的共80余架SB－2轰炸机在第3、第5大队50余架伊16战斗机掩护下飞临广州上空。而同时由苍龙号和龙骧号上起飞的36架96舰战也掩护着40多架轰炸机和攻击机接近；天河机场陆军第4飞行团残余也拼凑了10多架战斗机升空。晴空少云的清晨，双方远远就发现了对方，双方调整的结果也只能是硬碰硬，新锐的第5大队对同样是新锐的海军2个战斗机队，已有较大战损的第3大队对更残破的陆军战斗机队；而双方的轰炸机队不约而同采取了回避空战航线直取各自的轰炸目标；战斗于是爆发。
最先交战的反而是第3大队，乘着日本陆军战斗机还在爬升，第3大队17架伊16俯冲而下，威力巨大的12.7重机枪配合伊16的高速冲击一举打乱了日军还在编组的队形，几架倒霉的日机更是被连续击中冒出烟火；日机也不甘示弱，见掌握不住高度就发挥机动能力强的特性不断盘旋试图引诱国军战机与之对决，但已有经验的国军飞行员丝毫不为所动，俯冲后立即拉起重新掌握高度后再次发起俯冲进攻，日机见国军不上当只能分散避让，但双方水平速度差不多，国军依靠俯冲占据的加速度和有利位置还能略占上风，随着又有几架日机被击落击伤，剩下不足10架日机放弃战场向南方撤退。而国军轰炸机对天河机场的轰炸却基本徒劳，只炸毁一些破烂飞机和其它地面设施，因为第4飞行团其余能飞的飞机已经在黎明前南逃。不过大部分SB轰炸机志不在破烂机场而在市区的日军重炮阵地，随着数百枚炸弹从中空纷纷扬扬落下，日军重炮旅团首当其冲，数十门来不及、实际也无法有效掩蔽的150榴弹炮及附近的大量炮弹最终形成一座喷发的火山，在巨大的爆炸声中一时间盖过了红日。
中国空军第5大队和日本海军苍龙、龙骧战斗机队的战斗比预想的简短而惨烈，因为双方在中空水平位置相遇不约而同发起了密集冲锋，都试图迫使对方分散避让取得有利位置后追杀，双方都不想避让的结果只能是对撞在一起，数十道火舌从几百米一直打到几米才偏离航线错开，一个回合下来就打的双方大部分战斗机上都是伤痕累累，三对倒霉的更直接撞在一起变成三团大火球，还有几架则冒着烟火坠落下去。不过俄机上的12.7重机枪和俄机本来皮实的特点还是帮助第5大队占据了一定的优势，随着第二个回合打下来更多的日机坠落，日机没敢打第三次对冲就直接加速顺着来路回窜。
这时苍龙、龙骧航空队的轰炸机也分别飞到广州东北、西北国军聚集区上空，可惜除了见到大量正在分散隐蔽的国军官兵外实在找不到‘够炸弹钱’的目标，数百枚炸弹只能随地乱丢，总算造成了国军过千的伤亡；丢光炸弹后日军赶紧分路回窜，结果是苍龙队平安返回，而龙骧队则在返航途中却遭遇第5大队20余架战斗机，结果自然没有战斗机掩护的龙骧轰炸机队被打的溃不成军，最终只有3架轰炸机钻隙逃脱。
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