第三攻擊波是第5、6大隊，包括303架“威靈頓”、21架“惠特利”、410架“漢普敦”轟炸機，任務是進行補充轟炸。
第一波飛機飛越馬其諾防線的時候，被德國的防空雷達發現，德國方麵發現的隻是一並排四列的小機群，盟軍以前也是小機群進行空襲。
這時候德國防空司令部做出了最致命的一個判斷，這是盟軍的常規空襲，規模在兩百架之內，此時的雷達也隻有這個分辨能力。德國空軍防空司令部立即命令位於內爾工業區周邊的兩個機場飛機升空作戰，升空的夜間戰鬥機大約一個三百架戰鬥機。
按照以往的經驗，德國防空司令部認為，三百多架先進的BF190戰鬥機，足夠對付盟軍的兩百架送死的盟軍轟炸機了。可是盟軍的飛機采用的是溪流編隊。簡單地說，盟軍的飛機四架一排，後麵的飛機全部跟隨著前麵的飛機飛，像溪流一樣滾滾前行。
雙方在魯爾工業區外圍遭遇，看來德國防空司令部還是慢了半拍。雙方的記載雷達基本同時發現了對方，德國的飛機立即猛撲上來，可是迎接他們的是不是挨宰的轟炸機，而是盟軍護航的五百架戰鬥機。
德國空軍一邊飛快地向上級彙報情況，一邊和盟軍絞殺，夜晚戰鬥可是沒有白天戰鬥那麼方便，要擊落一架敵機，所花費的時間起碼是白天的三百。就當德國空軍和盟軍戰鬥機絞殺的時候，盟軍的第一波轟炸機機群立即加速衝向科隆上空。
10月31日零時47分，第一波轟炸機飛到科隆上空時，機組成員們借助月光清晰地辨識到目標區。科隆的防空部隊反應慢了一拍，當空襲警報響起的時候，英軍轟炸機群已經開始投彈。110分鍾內，數以千計的燃燒彈如雨點般落下!科隆舊城區開始熊熊燃燒。德軍防空部隊倉促應戰，隻擊落了14架轟炸機。
德國方麵立即緊急起飛幾千架飛機，可一切為時晚矣，因為魯爾工業區距離馬其諾防線實在不遠，盟軍後繼的轟炸機不管不顧，在很短的時間內到達目標上空。
在火光映照下，後續飛來的英軍第3、4、5、6大隊的轟炸機群很容易地找到了自己的目標區域並投下炸彈。密集轟炸如此恐怖，以致當最後一架英機返航時，從160千米外也可看見科隆燃燒而映照的火光，濃煙更是直衝4600米高空。
盟軍空軍飛行員們從未見過這樣的濃煙，許多人心中久久難以平靜。此次空襲，英軍轟炸機所投炸彈三分之二為燃燒彈。科隆共有2.43平方千米區域被炸(其中市中心1.2平方千米)，在非居民建築中，3300棟完全被毀，2090棟遭嚴重破壞，7420棟被輕微破壞。在住宅建築中，13010棟被毀，6360棟遭嚴重破壞，22270棟輕微破壞。在空襲中，469人被炸死，10027人被炸傷，410132人無家可歸。空襲過後，近70萬的科隆市民中有110萬左右的居民逃離了該城。