Перед атакой эскадрилья Рычагова успела набрать высоту и оказалась выше боевого порядка фашистов. Из положения над зоной поражающего огня стрелков «юнкерсов» ведущий, круто спикировав, вышел сзади снизу в «мертвый конус» противника и открыл меткий огонь. «Фиаты» из группы прикрытия не успели предотвратить атаку («соколиный удар») и вступили в бой с опозданием.
Потеряв за два дня одиннадцать самолетов, фашисты убедились в недостатках своей тактики. Тогда их бомбардировщики при подходе к линии фронта увеличили высоту полета с 700 до 2000 метров. Возрос и количественный состав истребителей прикрытия. В этих условиях республиканские истребители вынуждены были сократить время реакции для набора дополнительной высоты. Однако инициативы не упускали. Удержать ее помогла лучшая энерговооруженность истребителей И-16, прибывших в Испанию. Началось соревнование тактико-технических характеристик самолетов: высоту 5000 метров итальянский «фиат» набирал за 10 минут, немецкий «хейнкель» — за 8, а И-16 — за 6 минут. Избыток мощности обеспечивал ему контроль дистанции в бою — летчик мог быстро сблизиться с противником и оторваться после атаки. Достоинства техники, помноженные на мастерство летного состава, позволили ликвидировать образовавшийся дефицит времени в ходе борьбы за высоту.
Второй способ боевых действий истребителей — патрулирование (дежурство в воздухе) — также совершенствовался в небе Испании. Характерная его особенность — малое время реакции при вводе в бой. Однако он обходился слишком дорого: быстро расходовался ресурс техники и истощались силы летного состава. Чаще всего патрулирование применялось ночью, когда наземные передовые посты наблюдения не могли визуально обнаруживать самолеты противника за линией фронта, а сигнал оповещения «по шуму моторов» опаздывал. В воздушном пространстве на подходе к Мадриду были организованы зоны дежурства республиканских истребителей.
Начальник штаба эскадрильи капитан В. Суязин с передовых наблюдательных постов проанализировал действия «юнкерсов». Они летали поодиночке на высотах 1200–1500 метров в течение всей ночи с интервалом 10–15 минут. Перед бомбометанием район цели подсвечивали в течение 2–3 минут парашютными светящими бомбами. Цель обозначали сначала зажигательной бомбой, вызывавшей пожар.
В группу перехватчиков отобрали четыре летчика, уже имевших опыт полетов ночью. Взлет и посадка самолетов обеспечивались автомобильными фарами в комплексе с несколькими фонарями «летучая мышь». Несмотря на примитивные светотехнические средства, боевая работа началась и вскоре дала первые результаты.
Патрулирование днем применялось в периоды интенсивных групповых налетов фашистов на Мадрид. Республиканские истребители придерживались трехэшелонного тактического построения. В направлении вероятного подхода воздушного противника выдвигались группы И-16 с задачей расчленить боевой порядок фашистов скоростной атакой. Их усилия наращивали группы маневренных И-15, сковывавшие боем истребителей сопровождения. Третий эшелон, состоявший из И-16, наносил основной удар по бомбардировщикам. В готовности на аэродроме находился и четвертый эшелон — «горячий» резерв, готовый в любую минуту подняться в воздух.
8 июля 1937 года в три зоны дежурства над городом были подняты три эскадрильи республиканских самолетов. «Юнкерсы» в сопровождении «фиатов» не заставили себя долго ждать. Первой на сближение с противником пошла эскадрилья И-16 старшего лейтенанта И. Лакеева, затем эскадрилья И-15, ведомая И. Еременко. Реализуя составленный план отражения, они обрушились на большую группу «фиатов» и отсекли ее от «юнкерсов». Лишившихся прикрытия бомбардировщиков атаковала эскадрилья И-16 старшего лейтенанта А. Минаева. Групповой маневренный бой продолжался более получаса. Горючее было на исходе. Боевой расчет КП по телефону поднял в воздух резерв — еще одну эскадрилью И-16 старшего лейтенанта Г. Плещенко, которая успела прикрыть выход из боя истребителей Лакеева. Потеряв в бою несколько самолетов, фашисты отказались от бомбардировки и ретировались.
В ходе боя затягивание противника в вираж истребителями И-15 сочеталось с короткими скоростными атаками И-16. Герой Советского Союза Г. Захаров пишет: «…над Мадридом у нас произошло «разделение обязанностей»: маневренные «чайки» (И-15) связывали боем истребителей противника, а скоростные И-16 разделывались с бомбардировщиками (рис. 7). Это стало обычной тактикой воздушного боя».