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在地面部队交战期间，5月7日，陈纳德飞虎队派出8架P-40飞临惠通桥空域，对猬集在江边及西岸公路上的日军车队猛烈轰炸，予敌以沉重打击。
据杜安·舒尔茨（Duan Schultz）在《陈纳德与飞虎队——独行其事的战争》记述，在此次攻击中，首先是美国飞虎队飞行员鲍伯·尼尔于5月5日驾机侦察发现严重敌情：
“……日本装甲车在公路上横冲直撞，越过一队队的难民群，把他们困在路上无法动弹。正在侦察的鲍伯·尼尔是第一个看见公路上所发生的这番景象的飞虎队员，他永远也忘不了拥挤在巉岩上劈出的公路上的那些人群。半崖间挤满了难民和日本的车辆及部队。从峡谷的谷顶到谷底，有35个盘来绕去的急转弯，汽车要往下跑20英里的路程才能到达江边的断桥，而这段路的垂直距离仅仅1英里。第二天，更多的日军部队相继抵达怒江边。日军的车辆一辆接一辆地停在公路上，等候他们的工程人员前来架设浮桥。次日，或者再过一天，日本人就可能渡过怒江，向昆明进发。”
5月6日，陈纳德致电向宋美龄
报告，并请求对怒江惠通桥附近公路上的日军实施空袭，当即得到蒋介石批准。
此后，飞虎队以特克斯·希尔、汤姆·琼斯、埃德·雷克托和弗兰克·劳勒等4名队员驾驶P-40E型飞机实施轰炸、扫射，此机型原配有可携带6枚35磅杀伤炸弹的弹架，但改装了可携带俄国产570磅炸弹的机腹弹架，4名队员均为经验丰富的美国前海军俯冲轰炸机飞行员；另以沃雷·沃尔森、R. T. 史密斯、埃里克·希林和汤姆·海伍德等4名队员驾驶P-40B型飞机担任高空掩护。由于怒江西岸的日军车辆和部队只能在从陡峭的松山山腰间劈出的狭窄公路一线猬集，没有隐蔽回旋之所，所以空袭造成巨大伤亡。据统计，飞虎队在7、8两日的空袭中，共轰毁敌机1架，毁敌卡车50辆，毙敌200名。
以往中方资料仅强调第36师的地面阻击战，对飞虎队的空中助战很少提及
，大概因为空中攻击难免造成对我难民的误伤，作为友军的美国人很难面对这一复杂的“战场伦理”问题，这也是陈纳德要特别请示蒋介石批准的原因。杜安·舒尔茨的记述为：“他（陈纳德）清楚地知道，被日军困在公路上的中国人会因此遭难。他面临一个可怕的决定，是否应为拯救更多的人的生命而牺牲一部分人。这不是一个他能独自作出的决定。他不能对那么多的中国人的生命承担责任。于是他于5月6日给蒋夫人拍了一封电报，向她叙述了目前的情况并要求委员长准予对公路沿线的攻击。他在同一天得到了委员长的答复：消灭敌人！”
参加此次作战的飞虎队员特克斯·希尔在回忆录中写道：
“往下飞就看得更清楚了，从江边到峡谷上部的盘山公路上，排满了日军第56师团的大队卡车和武装车辆，一直到更远的坝子。”希尔说，自己从来没有一次见过这么多的日本兵，以前他只是在矮小树丛中看到小队人马，或是在路上碰到小股车队。现在这里有无数坦克、卡车，成百上千的士兵，都在等待着他们的工兵架设浮桥。希尔巡视空中是否有敌人飞机，很惊奇地发现没有，便继续下降高度。果然，日本工兵像蚂蚁一般簇拥在江边，将坚固的能够经得住他们辎重的浮桥墩码起来，有的部分已经搭设好了。希尔以目光示意左右两边的僚机，他们都知道该干什么，没有半点迟疑，他们干净利落地排成了一行，开始攻击。
希尔以60度角向下加速俯冲，他知道一旦进入日本人的射程之内，他们会用所有小型武器还手。为了使自己不成为敌人的活靶子，他需要以最快的速度做超低空飞行。同时，他将飞机调整到瞄准峡谷的顶部，确切地对准公路往下蜿蜒到江边的位置。在他下面响起了枪声，看上去似乎所有日本兵都停下手中的活计，愣愣地看着飞虎队的举动。找准了最精确的时刻，希尔投下了俄制巨型炸弹。
“这只是刚刚开始，当灰尘落定时，山坡上的日本兵惊恐地发现飞虎队的攻击把他们的退路也给切断了。巨型炸弹把上面的公路变成了一个大型堆石场，没有几个小时的清除是过不去的。长长的公路一边是悬崖，一边是江水，没有什么地方可以隐蔽藏身。”
希尔和战友们转了一圈，又朝着日本人来了。希尔绕着朝江那一边的中国人飞过去，满身湿透的第66师（原文如此，应为第36师）的战士们高兴地往天上放枪，在江边又叫又跳。希尔的战友们也从各个方向准确地扔下了杀伤弹，这支号称“龙”的日军第56师团现在被打得人仰马翻。
由希尔的记述可见，“飞虎队”打击的目标主要是猬集在怒江东岸公路上的日军。这种完全控制了制空权的打击，既能压制日军火炮对东岸的掩护火力，又极大地杀伤了兵员，缺乏防空兵器的日军对此束手无策。可以推测，目前在东岸孩婆山与第106团对峙的日军，都是利用夜暗渡江的，天亮后飞虎队员飞临惠通桥上空，对日军即是灾难。在此情况下，即便我地面阻击部队无力，日军的渡江攻击也难以为继。更进一步推测，即便我军未能控制东岸孩婆山、大山头，而被迫退向纵深地带防御，因第11集团军主力已集结在保山附近，日军仅以少量步兵也难以有更大作为。一个重要的原因是，在惠通桥断毁的情况下，日军欲将重炮运送过江且爬上适宜发射的高山阵地，也是难事。
坂口兵团的“六段飞进击”逆转于怒江，有相当的命定色彩。
飞虎队员仍不停手。他们一次又一次地沿着蜿蜒的公路来回冲击，朝着任何还在挣扎的敌人发射一排排点50口径（12.7毫米）机枪子弹。当把子弹打完后，他们又把在高空护航的沃雷·沃尔森小队的4架飞机调过来再次上演同样的好戏，直到子弹打光。当天，特克斯·希尔等4名飞虎队员飞到云南驿机场加油后，又返回峡谷攻击敌人，并沿着日本人的退路攻击，那里庞大的日军坂口支队残余正在蠕动。这一次，P-40E携带了部分燃烧弹，极具破坏效果，把排得长长的日军车辆变成了一片火海。据杜安·舒尔茨的描述，“成百上千的日本人在汽油的火舌、弹药的爆炸和燃烧着的装甲车及卡车的烈焰中丧生。浓烟升腾到数千英尺的天空，标志着这场大屠杀的地点”。
后来，陈纳德从战斗中拍摄的照片中推测：“希尔投下的巨型炸弹中，有的可能炸到了接近峡谷底部伸出的岩石，然后落到敌人指挥部的位置上。如果是这样，那敌人就失去了首领。”
接下来的3天里，陈纳德派队员飞去察看，越过怒江和公路，直到芒市，看到日军就打。在一个星期中，日军没有一个营的兵力能在怒江峡谷100英里的范围内立足，蛇一般蜿蜒流淌的怒江看上去是日军车辆和装备的坟场。日军再也没有试图越过怒江。
多年以来，中方史料普遍认为日军渡越怒江意在进逼昆明甚至重庆，以此来评价惠通桥阻击战的战略意义。在此战中发挥了重大作用的美国飞虎队也表示，惠通桥的胜利被认为是决定性的。“如果美国志愿队没有能够在河边阻止他们的前进，那会发生什么？在怒江和中国西部中枢的盟军空军基地之间没有中国的抵抗力量，如果我们丢了空军基地，从印度翻越驼峰进入中国的空运就得停止，中国军队就会失去盟国的军事供应，没有这些空运他们就无法生存，那中国就要垮，那日本就会使用这些空军基地来供应它在缅甸的军队，以向西攻打印度。”
杜安·舒尔茨在其著述中承认，战后公开的日方资料显示，日军当时没有计划向昆明推进，其战略为入侵印度。因为日军当时缺乏空中掩护，而怒江峡谷在其驻中国东部的航空兵基地的飞机作战半径之外。但是，最初蒋介石对在怒江一线堵截日军并无信心，而倾向于后退至澜沧江设防，并打算迁都至西昌。是民国元老、云贵监察使李根源极力主张在怒江御敌，并取得林蔚、宋希濂等了解现地情况的军事将领的支持，建议最终被蒋介石采纳。杜安·舒尔茨据此认为：“如果当时日军能够顺利渡过怒江并发现怒江至昆明之间防御力量薄弱，他们也可能会抓住这个时机，逼迫中国退出战争。”
笔者以为，对于经常因冒进的战术行动的成果而改变战略部署的日军来说，这一分析还是很有道理的。