当时防卫阻塞线上的4艘中国主力军舰的排水量加起来也不及日方1艘万吨级的重巡洋舰，更何况日军还拥有绝对优势的海军航空兵。守军都知道最后的结果会是什么，却仍然士气高昂，随时准备为国捐躯。他们每天用铁制的飞机模型训练高射瞄准法，还用扬声筒略作改造，连上耳机当作夜间的听音器，警戒敌机来袭。
面对随时可能到来的恶战，还有官兵每写完一天的日记，便将日记本塞进一个装网球的铁筒里塞好，将之放在桌面，日记本里写的是："他是过去了！请你们要继续他！并纪念一些微小的事迹！"官兵们时刻准备着人舰俱沉时，这个装着日记的小铁筒可以浮出水面，供人凭吊。
疯狂进攻：一天四空袭
侵华日本海军第三舰队司令长官长谷川清原计划首先空袭南京，再让第二联合航空队倾其全力，由战斗机确保制空，再由一部分舰载攻击机牵制岸上炮台-利用这个间隙，其余兵力实施低空轰炸，先毁两舰，后扫荡其余舰艇，以此突破江阴封锁线。
但他随即发现，中国海军将主力布阵于江阴要塞掩护之下，不仅仅妨碍其空袭南京，"平海"、"宁海"两舰更是对日军在扬子江下游活动的小舰艇构成了极大威胁。长谷川清修改了计划，下令第二空袭部队(即"加贺"号所属的第二航空战队)及第五空袭部队(第二联合航空队)的指挥官，在21日正午后提前全力攻击中国舰艇，并特别强调必须摧毁"平海"、"宁海"两舰。
21日天气恶劣，日军第二联合航空队的司令官三竝贞三少将贪功心切，决定在22日再次攻击。上午10时半，天气依然细雨绵绵，随着紧急警报声，由田中一大尉率领的第12航空队12架92式舰攻在6架95式舰战的掩护下袭来。猛烈的炮火下，敌机散成两群，一群从东南向西北，另一群自北向南横穿舰队发起进攻。敌机主要是向主桅顶上飘扬着陈季良司令将旗的"平海"号猛袭，有两发炸弹直接击中舰舯和舰艉，很多近失弹(没有直接命中目标，但是在目标附近爆炸的炮弹或者炸弹)在"平海"周围炸裂。在水中炸裂的弹片撕开了"平海"没有装甲的艏部水线以下的船体，也给舰上官兵造成了严重伤亡。
正在舰桥位置的高宪申舰长腰部中弹，但依然不顾严重伤势忍痛指挥作战。负责第一炮位的指挥见习生孟汉霖在亲自搬运弹药时，忽然被横飞的弹片击中脑部，当场殉职。正在第二高射炮亲自操炮的指挥见习生高昌衢和枪炮上士陈德贵也不幸牺牲在炮位上。而后，一等炮兵周兆发、二等水兵郑礼湘、中士严祖冠也先后成仁。这场攻击中，"宁海"号也有两名士兵负伤。此外，"应瑞"号舰艉附近落下了两枚近失弹，伤士兵3人。
仅22日一天，日军连续四次空袭。面对空袭，我方仅"宁海"舰就消耗高射炮弹400余发，机枪弹8000多发；"平海"舰则消耗高射炮弹265发，机枪弹4000余发，击落5架敌机。当晚，陈季良司令召集舰长会议，为表示鏖战到底的决心，他下令："平海"旗舰不能为了躲避轰炸而降下桅顶的将旗，各舰也不能为了机动向黄山和天生港的上游撤去。会后，各舰趁夜修理损伤，整顿部署，以准备来日更加严酷的挑战。
经此一役，日军反省认为，由于云层过低，防空火力猛烈，2500米左右实施的高空水平轰炸效果不明显，但若使用250公斤炸弹而非当日使用的60公斤炸弹，那么近失弹的水中爆炸对于轻型舰艇当具有极大威力。
