1938年10月25日武汉沦陷后，日军很快就将其变成了对中国内地进行进一步侵略的前进基地和兵站。为了对大后方的重要城市和目标进行轰炸，日军耗巨资将原来的武汉赛马场改建为机场，并对原有的几个机场进行了扩建和升级，使其能够容纳更多飞机和物资。从1939年5月开始，日机正是以武汉为基地，对重庆进行了“五三“、“五四“大轰炸，给中国人民带来了深重的灾难。
为了给日军的航空兵以毁灭性打击，缓解日寇对大后方的轰炸，苏联志愿援华航空队秘密制订了出击汉口的作战计划，使用高速的SB-2型快速轰炸机对汉口机场进行奇袭。经过精心的准备和周密的安排，1939年10月3日凌晨，苏联空军的12架SB-2型快速轰炸机由大队长库里申科上校亲自带队出击，14时35分苏军机群突然出现在汉口机场上空。
汉口机场当时驻扎着日本海军第2联合航空队，该航空队正是为空袭中国内地特地组建的。航空队下属的飞机常驻在汉口机场的多达140到160架。此外日本陆军也有20多架侦察机和联络机驻扎在汉口机场。狂妄的日军压根就没想到苏军会对他们进行一次大胆的奇袭，机场上空没有任何日军值班的战斗机，地面的日军高射炮部队也没有做任何的战斗准备。
轰炸是从6000米的高空开始的，苏联轰炸机首先是在高空水平投弹，随后开始降低高度，在1400米高度轰炸。日军飞机由于在停机坪密集排放，因此在轰炸中遭到了严重损失，顷刻间飞机一架接一架地起火燃烧爆炸，机场和停机坪上浓烟滚滚，大火冲天。
更倒霉的是，空袭发生之时，恰好基地指挥官塚原二四三少将和大批的基地指挥官和参谋人员刚好都集中在战斗指挥所前议事，苏联轰炸机出现在机场上空时，所有人都没想到会是敌机，还在继续交谈，这时炸弹就恰好投进了人群里。剧烈的爆炸炸断了塚原二四三的左臂，炸死了基地的参谋铃木刚敏少佐，木更津航空队副队长石川淡大尉和鹿屋航空队副队长小川弘大尉，日军方面人员死伤在240人左右，全损飞机约60架，受伤的飞机在100架以上。本来日军大本营已经原定11月15日晋升塚原为中将，但是他手臂断了，仕途也就此告吹。
机场上的3名日军飞行员不甘心就这么让苏联轰炸机跑掉，他们找到了几架没被炸弹炸中的96式战斗机，起飞追击苏联飞机。其中有一名日军飞行员是大名鼎鼎的坂井三郎，日本海军著名的王牌飞行员。虽然坂井三郎的屁股上也挨了一块弹片，但是他仍然强行起飞，驾机拼命追击撤退中的苏联飞机。苏联轰炸机速度快的惊人，坂井三郎20分钟后才逐渐接近苏联机群，他对其中1架轰炸机展开了攻击，将其击伤后，坂井三郎自己的飞机燃料也即将耗尽，不得不返航。
回到满目疮痍的机场后，坂井三郎也不禁感叹此次“敌军的袭击投弹之准确，轰炸之猛，脱离战场之快，可谓空前绝后，绝无此次般干净利落。“在发完了这番感叹后，他就因为失血过多昏倒在机场上。
此次空袭对日军在华中地区的航空兵打击极大，对大后方的空袭一度停止或者降低了频率，为大后方人民争取到了宝贵的时间。
这一次奇袭，让日军损失惨重，除了停在机场的飞机遭到重创以外，日军航空部队人员死亡也极其惨重，其中还有多名日军航空将领在轰炸中丧命或者受伤。而其中一名日军少将的受伤，却在后来的日本本国的文献中，被认为是改变了日本在整个二战中的命运。我们在抗日战争中，击毙的日本将军都有几十个，一个少将失去左手难道会有如此重大的影响吗？
这名日军少将就是时任日本海军第二联合航空队司令官的冢原二四三少将！
炸弹落下后，冢原二四三也在此次空袭中被炸掉左手而致残。
冢原二四三从日本海军兵学校毕业后任职于日本海军，1921年转入日海军航空兵，凭着自己的才能一路升任至第二航空队的司令官，官至少将，此人非常有指挥航空兵的才能，但是冢原二四三受伤后虽然于11月15日晋升中将。军衔名义上升了一级，但是由于左手致残，他被认为不适合担任海上指挥任务，所以就被安排为基地航空队指挥，本来应该由他担任的海军机动部队司令官、也彻底与他无缘了。最后在无奈之下，日本海军只好决定由没有任何航空指挥经验的南云忠一来担任此职。
南云忠一因为指挥了珍珠港事件和中途岛战役而成名于世界。也正是这两次战役也让他成为一个倍受争议的人物。争议的原因主要是因为他的指挥能力，偷袭珍珠港战役中，没有抓住时机进一步扩大战果，在中途岛战役中，更是由于他的指挥不当而延误战机，遭到美军飞机的突袭，给日本海军带来了灾难性的损失，后来在塞班岛战败后自杀，在中途岛和塞班岛的战斗中南云忠一还有战中逃跑的嫌疑。中途岛一战，也成为太平洋战争的转折点，慢慢的把日本送上失败。也因此南云忠一有“抗日名将”和“最大间谍”的雅号。
而这两次战役虽然发生在海上，但都是空战，毫无空战指挥经验的南云忠一也引发了一番讨论。日本相关的文献中也有类似的评述，没有任何航空指挥经验的南云忠一在这两次战役中的指挥存在重大失误，如果冢原二四三没有受伤，由他担任海军机动部队的司令官去指挥这两次战役，结果将会完全不同。
中国空军奇袭汉口机场，造成冢原二四三致残，从而导致南云忠一代替冢原二四三成为日本海军的机动舰队司令，而南云忠一糟糕的指挥却导致日本海军在中途岛战役中的惨败，让日本从此一蹶不振，最终在二次大战中战败。既然日本人自己都能有这样的逻辑推断，那么我们也可以认为，在轰炸汉口的空袭中，冢原二四三所失去的左手才是日本最大的损失，这也是这次空袭中所收到的最意外的效果了。