第一攻击波收兵后不久，由黑尔海军少校率领的第二攻击波又准时飞抵塔兰托上空。第二攻击波是21时20分起飞的，由于l5f号机在起飞时被撞坏，l5q号机在起飞后不久又因为副油箱脱落而返回了母舰，编队指挥官黑尔海军少校只好带领剩下的7架“剑鱼”式攻击机向塔兰托港飞去。
23时55分，英军空袭的第二攻击波开始实施攻击，两架挂载航空炸弹的“剑鱼”式飞机，以15秒的间隔连续投放了24颗照明弹，其余5架鱼雷机则故伎重演，向意军的战列舰群实施了猛烈的鱼雷攻击。其中一枚鱼雷命中已经遭到重创的“利托里奥”号战列舰的左舷下部，另一枚鱼雷击中了战列舰“杜伊里奥”号，并在其1、2号弹药库之间爆炸。
在攻击过程中，英军的e4h号鱼雷机在投雷时被意军的高射炮击落。此时，在起飞时被撞坏的l5f号飞机，经过20分钟的紧急抢修，又再次起飞赶来参战，它使用航空炸弹击中了巡洋舰“塔兰托”号，也可谓是“不虚此行”。整个空袭作战共持续了一个多小时，至12日凌晨，最后一架“剑鱼”式攻击机返回航空母舰。
此时此刻，“光辉”号航空母舰及其特混编队一直在克法利尼亚岛外游弋，“焦急”地等候着战鹰返航。也许是被这突如其来的“灭顶之灾”打蒙了吧，意军的飞机始终也没有发现“光辉”号特混编队的位置。12日1时1 2分，“光辉”号上的雷达荧光屏上出现了一个个尖头信号。不久，在舰员的欢呼声中，得胜而归的“剑鱼”式飞机一架接一架地降落在母舰的飞行甲板上，除两架“剑鱼”式飞机被意军击落以外，两个攻击波全部返回。
坎宁安海军上将立即下令：乘胜收兵！在警戒舰只的簇拥下，圆满完成了“判决”作战的“光辉”号航空母舰胜利返航。
此次空袭塔兰托之战，英国海军只出动了21架老式的“剑鱼”式攻击机，仅仅用了65分钟的时间，就击沉、重创了意军的3艘战列舰、2艘巡洋舰和2艘驱逐舰，几乎使意大利海军主力折损一半，其战果之巨，甚至超过了著名的日德兰大海战中皇家海军主力舰队歼灭的德舰之和。经此一战，意大利海军司令坎皮奥尼吓破了胆，他赶紧下令意军舰队北撤，躲进了那不勒斯港，从而把地中海中部的制海权，拱手让给了坎宁安海军上将的地中海舰队。
1艘航空母舰外加20余架老式的作战飞机，几乎在一夜之间就改变了地中海战场上双方的海上实力对比，这充分显示了航空母舰和舰载航空兵在现代海战中的巨大威力和决定性作用，这无疑对那些仍然“虔诚”地信奉“巨舰大炮”的海军将领们提出了警告：失去了空中掩护的战列舰编队，已经不再是夺取海上制海权最有力的“砝码”！
空袭塔兰托之战，是现代海战条件下使用舰载航空兵实施“对港攻击”的第一次成功尝试，从某种意义上来说，正是1940年地中海战场上的塔兰托之战，为一年多以后太平洋战场上的日军偷袭珍珠港之战打出了一个颇为“成功的范例”。
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