正如东乡平八郎担心的那样，中国空军发动空中攻势的同一时间，那些早已潜伏附近海域的中国潜水艇开始浑水摸鱼，空军攻击发起之后不过两分钟的时间，第一颗鱼雷就从潜水艇的鱼雷发射管里发射出去，一艘日本驱逐舰成了这颗鱼雷的牺牲品，剧烈的爆炸声中，断成两截沉入了海底。
“命令舰队，改变环形队形，加快速度，向远海航行！”
东乡平八郎再次改了命令，他很清楚，潜水艇海面之下航行时速度很慢，根本跟不上水面舰艇，只要舰队以“之”字形航线前进，就能有效躲避鱼雷攻击，不过这样一来，原本的环形防空队形就派不上用场了，军舰不得不走直线，而这一过程中，极有可能遭到空军炸弹攻击。
东乡平八郎必须冒这个险，相比轰炸机，他担心潜艇，军舰吃了一颗炸弹，或许不会沉没，但是如果吃了一颗鱼雷，即使不沉没，也会遭到重创。
东乡平八郎的决策是正确的，他将日本联合舰队的损失降到了低，不过即使如此，这场海空大战仍然给日本联合舰队造成了不小的损失，两艘驱逐舰沉没，两艘重巡洋舰被航空炸弹命中，虽然没有沉没，但是军舰甲板的上层建筑受损严重，值得庆幸的是，这次空袭，中国轰炸机并没有投掷航空鱼雷。
中国空军的损失也是巨大的，战斗结束之后，海面上到处都可以看见战斗机、轰炸机的残骸，此次空袭，中国空军突击部队共损失作战飞机二十余架，阵亡飞行员二十余名，坠毁飞机的幸存飞行员漂浮海面上，直到潜水艇将他们救走。
由于担心运输船队安全，东乡平八郎不敢走远，战斗结束两个小时之后，他又率领联合舰队返回了大孤山港，但是看见的却是满目疮痍。
就日本联合舰队主力鹿岛附近海域与中国的空军、潜艇纠缠的那段时间里，几艘中国海军的近岸潜水艇突破外围反潜警戒线，悄然摸到了大孤山港，对那些停泊港内、港外的日本运输船进行了鱼雷攻击，与此同时，从另一个方向过来的中国重型轰炸机部队也飞抵港口上空，投掷了大量重磅炸弹和航空鱼雷，并对登陆的日本陆军部队进行了轰炸。
中**方的一招“声东击西”，共击沉日本运输船十五艘，击伤六艘，大量军用品随船沉没，登陆日军的后勤补给岌岌可危。