Последствия дневного налета оказались ужасными. В Ворошиловском районе на радиотелефонном заводе имени Ленина погиб 101 человек, в том числе почти весь руководящий аппарат. Еще 190 рабочих получили ранения и контузии. Многие другие оказались под завалами. В подвале разрушенного главного корпуса были засыпаны члены штаба МПВО во главе с секретарем парткома П.П. Шумским. Спасательные работы начались почти сразу после взрыва, но впоследствии растянулись на несколько дней. К счастью, вскоре в завале удалось проделать небольшое отверстие, через которое пострадавшим подавали воду и пищу.
На ГАЗе дела обстояли не лучше. Если ТЭЦ чудом уцелела после бомбежки, то ремонтно-механический цех, производивший 82-мм минометы, представлял собой печальное зрелище. Взрывной волной вышибло все остекление производственной части корпуса и соседней кузницы № 2, в нескольких местах оказался проломленным пол, обрушились около 400 квадратных метров внутрицеховых перегородок, были уничтожены 45 единиц оборудования, а также инструменты, материалы, полуфабрикаты, готовые изделия (минометы), техническая документация и запчасти. Непосредственно над местами взрывов обвалились железобетонные плиты перекрытий. Повсюду среди обломков валялись изуродованные трупы рабочих, части тел и окровавленные ошметки спецодежды. Кроме того, была разрушена силовая электроподстанция, во многих местах порван силовой кабель. Пострадало и расположенное неподалеку здание Главного магазина (склада) смежных деталей.
Руководству завода № 718 «Двигатель революции» сразу после налета стало ясно, что в результате бомбежки предприятие выведено из строя. Вследствие полного разрушения силовой станции прекратилась подача электроэнергии и отопления. Вместе с этим взрывная волна выбила практически все стекла во всех световых переплетах и фонарях, что при стоящей минусовой температуре на улице грозило замерзанием и разрывом труб. Поэтому пришлось срочно отдать приказ о спуске всей воды из отопительной системы. Во время бомбежки на территории завода погибли 17 человек, еще 46 получили ранения. Среди погибших оказались начальник цеха № 8 Зуев и помощник начальника 2-го механического цеха Сидоров.
В Горьком стало быстро темнеть, но пламя от пожаров ярко освещало заречную часть города. В 17:12 начался новый, уже четвертый за день налет. С юго-запада появились два «Хейнкеля» и вновь атаковали автозавод имени Молотова. Однако темнота и дым от пожаров затруднили штурманам бомбардировщиков прицеливание. В итоге большинство сброшенных ими бомб упали на пустырях между заводскими корпусами. Три сильных взрыва прогремели между моторным цехом № 1, КЭО и колесным цехом, выбив стекла и оконные рамы в этих зданиях. Возле деревообделочного цеха № 1 взорвались девять фугасных и осколочных бомб разных калибров. В результате обвалилась часть светового фонаря корпуса, в трех местах было разрушено шоссе, а также траверсный путь на протяжении 15 м. Около здания загорелся бак с двумя тоннами растворителя, разбило три трансформатора. Рядом с механическим цехом № 3 упала одна бомба SC50. Она повредила 3 м рельсов и паропровод. При этом вышибло почти все стекла с восточной стороны здания[179].
На этот раз эффекта внезапности уже не было, и немцам не удалось действовать безнаказанно. Подходящие к городу и возвращающиеся на запад бомбардировщики были атакованы истребителями. В бой смело ринулись и три ЛаГГ-3 авиаотряда майора Алифанова. Однако все атаки оказались безуспешными, в то же время бортстрелки «Хейнкелей» сбили один и повредили два самолета. ЛаГГ-3 с заводским номером № 31217-71 совершил вынужденную посадку на брюхо в районе г. Богородска. У него были прострелены лопасти винта, крылья, фюзеляж и даже топливный бак. Всего механики насчитали в чудом приземлившемся самолете около 50 отверстий от пуль.
В 17:30 еще один Не-111, пройдя над горящим заводом, он сбросил три 70-килограммовые бомбы на монтажный цех. Две из них взорвались рядом с корпусом, выбив почти все остекление и разрушив часть железнодорожного пути, третья попала в отходы металла. После этого «Хейнкель» развернулся и со второго захода отбомбился по «Двигателю революции». Одна фугасная бомба взорвалась на железнодорожных путях между литейным цехом и силовой станцией, три – в юго-западной части завода у щелей укрытия. Четыре взрыва прогремели около станкозавода на улице Шоссейной (ныне улица Баумана). Еще четыре неразорвавшиеся фугаски были позднее обнаружены у нефтяных баков, около амбулатории и в поселке Карповка.
Через 20 минут над Горьким появился еще один самолет, бросивший на автозавод очередную, 1000-килограммовую бомбу. Однако немецким летчикам вновь не удалось добиться прямого попадания. Мощнейший взрыв прогремел между ковочным цехом и цехом паровых молотов кузнечно-рессорного корпуса. Были разрушены 20 м железной дороги и выбита треть остекления здания.