希尔上校亲自指挥的P-51A机群当然也不会闲着，希尔本人首开纪录，打下1架日本陆军航空的"隼"二型一式战斗机，该机企图在前方做急转弯，咬住一架B-25轰炸机，希尔顺势将它击落。就在几分钟后，贝尔上尉在400米高度也打下了一架日本海军的零式战斗机。这时，一架日军的97式战斗机突然出现在威廉斯上尉座机的后方，千钧一发之际，理查德德·奥尼中尉驾驶P-51火速赶来，朝着日机猛烈开火，结果将那架97式战斗机吓跑。约翰·斯图尔特和罗伯特·科尔伯特中尉也打下了2架97式攻击机。
清除了来自空中的威胁后，中美空军开始攻击地面目标。P-51扫射了机库，完全不顾日军高射火力的抗击，大约有12架日本飞机在机库里燃成火球，跑道和其它设施则被B-25炸得千疮百孔。日军的抵抗也很凶猛，当中美空军返回基时，发现几乎每架P-38的机身上都有大量弹孔。根据不完全统计，共有50到60架日本飞机在这场空袭中被毁，另外还有一些被击伤，日本新竹海军航空队遭到了惨重的损失，而中美空军没有损失一架飞机，大获全胜。
下午2时45分，空袭编队的第一架飞机返回了遂川基地，所有飞机均安全降落，只有理查德德·奥尼的P-51因为燃料过多，降落时发生了三级跳，螺旋桨受损，还有一架P-51与树枝擦撞，但这些损伤几乎微不足道。空袭新竹成了14航空队的得意之作，等待美国与中国飞行员的是感恩节盛大的火鸡庆祝晚会，为了防止日军报复，大多数中美飞机当天就加满了油，离开遂川基地飞往湖南衡阳与广西桂林去执行下一个阶段的任务了。14航空队与中美混合团的飞机，完成了一项突破历史的远征任务，也空前的突击台湾的任务，我机全部安好无恙，这是参谋业务的成功，同时也是中美飞将军们勇敢作战的成就。
后记：日军在新竹空袭中的反应格外迟钝，"中美飞虎队员"已经完成任务返回中国大陆了，日本陆军第3飞行师团的警戒机才迟迟由台北的松山基地起飞，赶赴新竹外海寻找中美军机，然而此时"飞虎队"早已经踪迹全无，因而第3飞行师团无功而返。由于新竹海军航空队的表现实在是太差了，战斗力几乎等于零，日军大本营一怒之下，命令将其番号永远撤销，新竹海军航空队的直属上司高雄警备府司令长官山县正乡中将也遭到撤职查办，山县正乡当时任职刚刚5个月，成了任期最短的飞行部队指挥官。这次事件发生后，为了避免台湾再次遭到空袭，日军紧急从伪满洲国调来了第12飞行师团主力南下武昌来拦截中美空军下一次威胁台湾的举动。可见，日军对这次空袭的重视。新竹空袭也是自杜利特尔空袭东京以来，日本所谓的"绝对国防圈"首次遭到了盟军的空袭。
