От нескольких первых самолетов «Харьков» удачно уклонился, большая часть бомб легла в воду недалеко от борта. Лидер мотало во все стороны на реверсах. От каждого близкого разрыва корпус «Харькова» било в судорогах. В какой-то момент казалось, что все еще, может, обойдется, и немцы, опустошив запасы, улетят ни с чем. Но предпоследний атакующий самолет все же добился прямого попадания. И какого! Фугасная бомба пробила палубу лидера в районе первого и второго котельных и турбинного отделений. Корабль на какое-то мгновение замедлил ход, и в тот же момент последний самолет атакующей цепочки нанес еще один нокаутирующий удар. Вторая бомба поразила «Харьков» ближе к корме. Окутанный дымом и паром лидер некоторое время еще продолжал движение, но вскоре лишился хода и остановился. Нос корабля погрузился в воду по самую надпись. По другим данным, во время этой атаки «Харьков» получил даже не два, а три попадания бомбами.
Вот как рассказывает о событиях 6 октября 1943 года в своей рукописи контр-адмирал инженер ВЛ. Красиков: «В результате атаки самолетов в период с 8 ч. 35 мин. до 8 ч. 50 мин. в лидер “Харьков” попало три бомбы. Одна, весом 200—500 кг, пробив верхнюю палубу в кормовой части (в районе 135—141 шпангоутов), прошла через второе дно, масляную цистерну, наружную обшивку и взорвалась под килем. Две бомбы, калибром 150—200 кг, взорвались в носовых, 1-ми 2-м котельных отделениях в районе 75—95—115 шпангоутов.
Над кораблем поднялся черный столб дыма. Когда он рассеялся, то увидели, что первая труба легла поперек корабля и свешивалась на правый борт, появился и увеличивался дифферент на нос, крен на правый борт — 5°. Сбросило за борт 37-миллиметровый автомат с правого борта. Возникло несколько очагов пожара. От стрельбы и разрывов бомб нельзя было понять, где что происходит, связь с постами частично нарушилась, первое время докладов с них не поступало. Но вскоре сообщили, что носовые котельные отделения разрушены, затоплены, как и носовое машинное отделение. Из-за неисправности вспомогательных механизмов пришлось остановить кормовой турбозубчатый агрегат, корабль остался без движения.
Таким образом, в результате попадания трех бомб корабль лишился носового эшелона, потерян значительный запас плавучести, так как затоплены два котельных и одно машинное отделения, принято около 1145 тонн воды, запас плавучести остался около 500 тонн. Крен на правый борт достигал 9 градусов, дифферент на нос — около 3 метров. От палубы полубака до воды оставалось не более 1 метра, осадка носом — 7,43 метра, кормой — 4,82 метра (исходная средняя 4,1 метра), метацентрическая высота уменьшилась до 0,95 метра (при начальной высоте 1,19 метра).