米格17Φ歼击机
此时张文逸所处的位置距离敌机约400米，刚才这一番从下往上飞的举动，让他的飞机飞到了比敌机高100米的高处。为了抓住稍纵即逝的机会，张文逸再次推动机头朝下，瞄准敌机机身腹部后，再次3炮齐发，敌机左翼根部因此燃起了火焰。
问题是这是一架大型飞机，虽然因为转弯半径大，行动迟缓，远不如歼击机机动性强，但是该机有两台喷气式发动机和两台活塞式螺旋桨发动机，飞机翼展大，平衡稳定性好，虽然中弹了，仍然能够坚持飞行。
眼见敌机竟然还没坠落，张文逸立即驾驶飞机飞往敌机的右下方，准备对敌机进行第3次攻击。
当张文逸距离敌机约300米时，果断瞄准敌机腹部按下了机关炮的按钮，然后迅速从敌机左上方脱离，这时敌机已经多处中弹，火势越来越大， 想要和张文逸鱼死网破，不停地对他进行射击。
张文逸击落美侦察机攻击示意
然而，行动迟缓的敌机根本无法追上灵巧的米格17Φ，眼睁睁地看着该机一路爬升至1800米高空，自己只能摇摇晃晃地向着东南方向逃窜，飞机一边逃一边往下坠，最终掉到了衢山岛东南方向15千米处的中国领海内，紧接着就发生了爆炸。
这场战斗经过看起来很长，但从张文逸第1次开炮到敌机坠海，前前后后不过3分钟，23日0点46分，张文逸驾驶飞机安全降落在了上海虹桥机场上。
虹桥机场
降温和升温当时空战发生在夜间，张文逸看不清敌机机徽，无法判断这架入侵飞机的来历，只看出这是一架美国飞机。当时台湾省的国民党空军装备的各类飞机又都是美国制造的，我军无法根据形制判断该机到底是美机还是国民党空军的飞机。
因此，1956年8月24日，《人民日报》第1版上发布的新闻中，将这架入侵的敌机认定为了蒋匪的飞机：
我空军在黄泽山岛上击伤蒋机一架
新华社23日讯 本月二十三日零点后在上海东南海面上空发现蒋军飞机一架，窜入我马鞍列岛上空，我空军飞机当即起飞。蒋机继续窜入嵊泗列岛上空，与我机在衢山岛以北之黄泽山岛上空遭遇，被我击伤，敌机当即向东南方向逃去。
这一条电讯的内容是周总理亲自修改的，他做了三点改变：第一，只写蒋机，不提美机；第二指明两机是在中国的领空遭遇的；第三，交代敌机动向是向东南方向逃去。周总理的这些改动，为接下来的事态发展留下了回旋空间。
周总理
被张文逸击坠的是一架美军第七舰队的P4M-1Q型侦察机，因此当第七舰队发现这架飞机失踪后，立即向上面进行了报告，引起了美国朝野一阵舆论哗然。
就在不到5个月前的5月9日，美国空军RB-50型侦察机趁着夜间入侵我国渤海湾周边地区上空，结果被我空军第27师副大队长刘京凤狠狠的教训了一顿，被击伤后仓皇窜逃。
这才过了不到五个月，美国飞机又在入侵中国领空的时候被教训了一顿，消息传开后，美国势必会成为国际笑柄。
为了欺骗国际舆论，推卸自己的责任，华盛顿方面于9月25日对外宣称：“中国空军在公海上袭击了美军的一架海上巡逻机。”
与此同时，美国海军第7舰队司令普赖德中将，奉命从日本、关岛、菲律宾等地的海军基地集结舰队，出动了“大黄蜂”号、“埃塞克斯”号、“列克星敦”号航母，和46艘其他舰船组成的大型舰队，浩浩荡荡的开往东海海面之上。
