Оба эти линкора описывали полную циркуляцию и находились почти кормой к противнику, когда на них обрушились истребители второй ударной волны. Очереди пулеметов пикирующих целыми звеньями И-7К захлестали по броне. Вследствие всего произошедшего зенитный огонь британского флота оказался полностью дезорганизованным, но тем не менее зенитчики отчаянно сражались. Расчет восьмиствольного «пом-пома» правого борта «Вэлианта» расстрелял истребитель «Астурийский шахтер», еще один И-7К «Смерть капиталу» был сбит пулеметным огнем, когда проносился над «Куин Элизабет». Однако истребители выполнили свою задачу, и красные торпедоносцы ринулись на британские корабли, встречая лишь разрозненный зенитный артиллерийский огонь.
Видя, что оба уцелевших британских линейных корабля повернули на юг и уходят, разделившиеся на две группы торпедоносцы спокойно обогнали их на дистанции нескольких миль, после чего развернулись и, как положено, зашли в атаку с носовых курсовых углов с южной стороны. Схема атаки была отшлифована до мелочей и в точности повторяла атаку первой волны. Девятка ТБР-1С с «Третьего Интернационала» с правых румбов заходила на идущий впереди «Куин Элизабет», а девять машин с «Советского Союза» – на «Вэлиант». С левых румбов на «Куин Элизабет» нацелились девять торпедоносцев «Знамени Октября», а на «Вэлиант» – девять самолетов «Фрунзе».
Торпедоносцы сквозь огонь неслись на бреющем полете к кораблям, сближаясь на самую короткую дистанцию. Огнем «пом– помов» были сбиты «Таганрогский пионер» и «Правда», однако накатывающийся вал был неостановим. Первым точный удар нанес командир звена «Третьего Интернационала» Лео Чампино на самолете «Памяти Матеотти», всадивший торпеду в носовую часть начавшего маневр уклонения «Куин Элизабет», как раз в место стыка булей с корпусом. Затем головной линкор получил еще два торпедных попадания в правый борт и одно в левый. Военлет Ван Люй Вэнь на «Алеет Восток», сбросив торпеду всего с 300 метров, добился попадания в кормовую часть «Вэлианта», выведшее из строя оба винта правого борта и заклинившего руль. Кроме того, «Вэлиант» получил четыре торпеды в левый борт – в том числе одно с ошибшегося в выборе цели звена «Знамени Октября». Многие самолеты после сброса торпед не отворачивали, а проскакивали над кораблями, их стрелки вели огонь вниз со своих турелей. Торпедоносец «Азоврыбтрест» был поражен при этом «пом-помом» с «Куин Элизабет», загорелся, потерял управление и протаранил выходящий из атаки «Кооперированный кустарь», оба самолета, сцепившись и кувыркаясь, полетели в воду.