Начало операции было назначено на 20.00 4 июня. Накануне на аэродромы Орловского выступа скрытно перебазировались бомбардировщики. В Олсуфьево из Мелитополя прибыли Не-111 из KG27 «Бёльке», а в Карачев и Сещинскую с аэродрома Сталино перелетели «Хейнкели» из II. и III./KG55 «Грайф», кроме того, в Сещинской приземлились экипажи I./KG100 «Викинг», которым поручалась роль лидеров («цельфиндеров»). Всего на Брянско-Орловском аэроузле немцам удалось скрытно сосредоточить девять бомбардировочных групп из семи эскадр. Общее оперативное руководство их действиями принял на себя командир 1-й авиадивизии 51-летний генерал-лейтенант Альфред Бюловиус (Alfred Bьlowius).
В ночь на 5 июня 168 бомбардировщиков совершили первый массированный налет на Горьковский автозавод. В результате были полностью разрушены главный сборочный конвейер, литейный цех № 1, цех шасси и другие важнейшие объекты. При этом все самолеты благополучно вернулись обратно. Командование ПВО и все советское руководство в целом были в шоке, а наутро об остановке одного из крупнейших предприятий Советского Союза пришлось доложить и самому Сталину.
Согласно данным Люфтваффе, уже днем 5 июня последовали попытки ответных ударов по некоторым аэродромам, в частности по Сещинской. Однако они проводились разрозненными мелкими группами самолетов и были легко сорваны патрульными истребителями. В течение дня пилоты JG51 и JG54 сообщили о 23 сбитых самолетах.
В ночь с 5 на 6 июня последовал второй массированный налет на крупнейший завод Поволжья. Стало ясно, что немцы стремятся полностью уничтожить ГАЗ. В преддверии летней кампании это таило огромную опасность для советского командования. Между тем никто толком не знал, откуда по ночам прилетают«армады фашистских бомбардировщиков».
Днем 6 июня бомбардировщики В-25 из 15-го Гв. БАП АДД предприняли новый налет на аэродром Сещинская. Хотя советской стороной он был признан эффективным, фактически никаких серьезных повреждений аэродром не получил, а экипажи KG55 «Грайф» спокойно продолжали подготовку к третьему массированному налету на Горький.
Между тем самолеты-разведчики Пе-2 целыми днями лихорадочно бороздили воздушное пространство противника, выискивая скопления Не-111 и Ju-88. В результате, сопоставив все полученные аэрофотоснимки, командование советских ВВС сделало ошеломляющее открытие. Бомбардировщики, совершавшие ночные рейды в Поволжье, базируются ни где-то в глубоком тылу, а на Орловском выступе, то есть под самым носом у штурмовиков 1-й и 15-й воздушных армий! Больше всего «стервятников» обнаружилось на аэродромах Сещинская, Орел-Западный и Брянск. Характерно, что сосредоточение «Хейнкелей-111» в Олсуфьево, где в почти полном составе базировалась KG27 «Бёльке», при этом выявлено не было.
Тем временем в ночь с 6 на 7 июня 154 Не-111 и Ju-88 совершили третий подряд налет на Горький, сбросив 242 тонны бомб всех калибров. Были разрушены еще двенадцать цехов автозавода, а также десятки жилых домов. Медлить дальше было нельзя, и Ставка ВГК приказала провести новую масштабную операцию по разрушению немецких аэродромов.
Ранним утром 7 июня, когда на ГАЗе еще догорал единственный в стране цех по производству колес, в штабы 1-й и 15-й воздушных армий пришел приказ – в период с 20.30 до 21.00 по московскому времени нанести массированные удары сразу по пяти авиабазам Люфтваффе. Однако в дело неожиданно вмешалась погода. Днем прошли сильные ливневые дожди, и грунтовые взлетные полосы советских полевых аэродромов полностью раскисли. В результате удар штурмовиков не состоялся, что подарило многим их экипажам возможность прожить на один день дольше.
Поэтому первыми массированный налет на немецкие аэродромы совершили бомбардировщики АДД. В ночь с 7 на 8 июня, согласно плану, 102 самолета вылетели к Сещинской, 87 – к Брянску и еще 75 – к Орлу. Однако из-за метеоусловий, остававшихся по-прежнему нелучшими, 38 экипажей не смогли достичь их и сбросили бомбы на различные запасные цели. Атаковали аэродромы только 244 машины, при этом лидеры сбрасывали светящиеся и зажигательные бомбы, обозначая цель для остальных самолетов. По возвращении экипажи отчитались о восьми пораженных бомбардировщиках. Фактически же в Брянске был уничтожен один Ju-88А-4 из II./KG51 «Эдельвейс», а в Сещинской легкие повреждения (10 %) получил Ju-88D из 4-й эскадрильи дальней разведки Aufkl.Gr.121. Из летного и наземного персонала никто не пострадал.
Ухудшение погоды в обширном секторе юго-западнее Москвы сказалось в ту ночь и на активности германской авиации. Так, в четвертом ударе по Горькому приняли участие всего двадцать Не-111 из II./KG4 «Генерал Вефер» и I./KG100 «Викинг». Кроме того, на немецких авиабазах поиссякли запасы бомб и горючего, и требовалось время для их пополнения.