六十一师先撤，二五九旅掩护，二六零旅最后离开。
士兵们抬着伤员，扛着拆卸下来的机枪和迫击炮，踩着浮桥和木船撤回南岸。
日军显然察觉到了中国军队正在撤离北岸，但天色已暗，加上二五九旅留下的后卫部队在撤退过程中用轻重机枪交替射击制造了持续的压制力，日军没能在第一时间组织有效的追击。
最后一批部队在夜色中渡过蕰藻浜时，几发迫击炮弹就落在了他们刚才据守的河堤上，把土坎炸塌了半边。
十一月三日清晨，苏联航空队的伊-16战斗机群再次飞临蕰藻浜上空。
这一次，日军早有准备。驱逐舰上的防空炮火在飞机进入射程之前就已开始射击，高射炮的炮弹在天空中炸开一团团灰白色的烟幕。
与此同时，日军从长江口的航母上起飞的九六式舰载机也出现在云端边缘。双方飞机在蕰藻浜上游的空域中交错相遇，几乎在同一时刻进入了对方的射程。
伊-16机群试图突破日军战斗机的拦截，直接攻击江面上的驱逐舰，但日机数量占有优势，几次俯冲都被缠住。
空战持续了一段时间，苏联飞行员击落了数架日机，同时在日机的轮番攻击和舰艇防空炮火的夹击下，伊-16机群有四架飞机被击落，拖着黑烟坠入田野和江面。
剩余飞机在编队长机的指挥下转向北撤，脱离战场。