担任护航的几架“闪电”战机就成了护航的主力。双方战机性能相差不多，都是单翼金属飞机，不过闪电的速度更快一些。护卫编队的队长乐以琴在发现日军飞机编队后，立刻升高，然后俯冲下去攻击日机机身顶部装甲薄弱的部位，初战告捷就打落了一架日机，鼓舞了士气。
中国空军护航编队以少对多，不畏强敌同日机展开搏斗。
不过勇气难以弥补实力上的差距，不一会就有两架战机被击伤退出战斗。一架战机被击中，可让人愤怒的是，眼看着自己的机队越来越少，乐以琴有些着急，日机还在纠缠，轰炸机群已经升高脱离战场，不过作为护航编队的他们却陷入了日机的包围之中。
“拼了！”乐以琴打开无线电向众人传达了命令，这也不算是命令，有点像是他们在传递的某种情绪。
飞行员们仿佛都受到了这种情绪的感染，以一种视死如归的气势开始了下面的战斗。此时，轰鸣的机声传来，乐以琴看到了数十架“闪电”战机编队。
塔塔塔！前面编队的战机机炮开火，一架日军的九式单战被击中，冒着黑烟一跟头栽了下去。
乐以琴分明看到，击落日机的那架战机涂着0010号，那不是高队长的座机吗？还没有等到乐以琴去兴奋，他的无线电就传来了高志航的声音：“全组编队！全组编队！”
护航的战机很快加入了高志航机队的编队，30多架战机和20多架日本九式单战搅和在了一起，开始了一场刀光剑影的混战。
不一会，日本援军战机也相继抵达，苏州机场也紧急起飞战机迎战。双方最多时候出动了近百架战机在上海上空展开空战。
大规模的空战场面吸引了很多上海市民的关注，他们纷纷走出家门抬头观看这场空战。
每当他们看到日本战机被击落的时候，他们都兴奋的鼓掌欢呼，很多甚至将手里的帽子等物品扔到空中，为中国空军加油助威！
大规模的空战在进行了近一个小时后才偃旗息鼓，这是中日开战以来规模最大的一场空战，中国空军损失9架战机，重伤3架，8名飞行员牺牲。日本方面损失的要重一些，他们一共被击落了23架战机，2.5比1的战斗比例的确可以说是大胜。另一方面，宣传部门为了扩大战果，对外宣传9.01上海空战击落日军战机70余架，大获全胜！
黄柯觉得应该借助此事大肆宣传扩大民众的抗日信心，几日之后他亲自为牺牲的八名飞行员开追悼会，全国媒体也长篇累牍的报道上海空战。
于是乎这件事引起了全国人民的抗战热情，不少市民、富商纷纷捐款捐物，在南方的赵庭辉、傅望山更是主动捐钱买飞机，全国上下形成了向空军学习的风潮，但在这的背后却是日军航空队的蓄势待发。
松井石根在获悉上海空战失利后沉着冷静的开始思考下一步应对策略，他深深地知道制空权的重要性。经过上海空战后，日军航空队损失不小，没有航空队肯定不行，松井石根开始考虑着下一步的打算。
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