天空中的战斗还在继续，苏联空军恐惧的发现，他们座下的战机竟然连中国空军的尾巴都抓不住，相比而言，中国空军座下的那种奇怪的战斗机不管是在速度上还是火力上都远远超出了他们的座机。再加上数量上的劣势，因此从一开始苏联空军就陷入了危机。
苏联空军装备的伊16战机是1933年由波利卡波夫开始设计的，它是苏联第一种悬臂式下单翼，可收放起落架的战斗机。1934年2月18日由著名飞行员v.p.chkalov进行试飞。1935年在红场纪念五一国际劳动节的群众集会上首次露面，编队飞过红场上空。随后，开始装备部队。
伊16机身粗短，低单翼木质硬壳结构，使用一具九汽缸星形气冷发动机，发动机只是简单地罩着加强防护但没有减阻措施，使用开放式座舱和收放式后三点起落架，设有两叶式变距螺旋桨，并首创了装甲座舱。极速每小时440公里，升限9000米，从起飞上升到五千米需时6分18秒，航程810公里。装备有两挺7.62毫米口径机枪。
尽管伊16战机很多创新的设计直接刺激了在三十年代的航空界竞争，但是依然不能否认这种飞机在二战开战时就已经开始落伍，被世界主流战机远远抛在了后面。而苏联远东军区之所以还拥有大量的这种战机，完全是因为在诺门罕战役武装冲突中，伊16有很好的战果，曾经一度将日军装备的九五式战机打的溃不成军。
反观北方空军装备的两款主力战机，不说先进的歼6，就拿相对落后的歼5来说，不说别的，单单歼5的内部设备就不是这个时代的战机所能比的，相对于伊16内部简单的机载设备而言，歼5机载的超短波指挥电台、无线电罗盘、无线电高度表、信标接收机、敌我识别器、护尾器、测距器等堪称豪华。
与伊16战斗机相比，歼5最大的特点就是快，最大平飞速度:1145 k的最大升限以及1560公里的最大航程，完全可以虐杀伊16.
苏联的飞行员相比地面部队要英勇的多，尽管处于劣势，但是他们依然与北方空军英勇地厮杀着。
然而战机巨大的差距却不是单纯的勇气就能弥补的，战斗到10:20，已经有两百多架苏联战机被击落，另外还有数十架战机被击伤，摇摇晃晃撤出了战斗。
这完全是一场一面倒的空中屠杀，在驾驶着完全超越了这个时代的亚音速战机的北方空军飞行员面前，即便是作战经验再丰富，技术再好的苏联飞行员依然弱爆了。更何况这次南下增援伊索夫的空军只有三百多架战斗机，剩下的都是战斗力在5以下的轰炸机。
而陈锋为了全歼这支苏联空军，一次性出动了整整2个旅680多架新式战机，所以在二连上空往往会出现两架甚至是两架以上的中国新式战机围歼一架苏联轰炸机的情形。
战到10点40，前来增援的668架苏联战机除了十几架侥幸逃离战场之外，剩下的全部被击落，而北方空军只有一架歼5被击落，其余的皆无损伤，而那架唯一被击落的战斗机则是因为没有想到那位苏联飞行员会选择与他对撞，没有防备之下，两架战机狠狠底撞在了一起，同时坠毁。