Фельдмаршал Мильх, бывший в ту ночь в Берлине, обратился по телефону к Герингу, который был в Растенбурге (Восточная Пруссия), затем непосредственно в ставку Гитлера с тем, чтобы дали приказ зенитной артиллерии прекратить огонь. Однако в «Волчьем логове», где в то время был начальник штаба ВВС генерал Г. Ешоннек и руководство штаба верховного главнокомандования, не зная обстановки, отказались отдать такое распоряжение. В течение 2 часов над столицей третьего рейха шло воздушное сражение, в котором не участвовал противник. Из восьми самолетов «Москито» семь благополучно вернулись на свои базы.
Тем временем, не встретив на своем пути немецких истребителей и огня зенитной артиллерии, английские бомбардировщики благополучно достигли цели и сбросили смертоносный груз — 1593 т фугасных и 281 т зажигательных бомб — на Пенемюнде. В результате было уничтожено или разрушено 50 из 80 зданий, где размещались конструкторские бюро и научно-исследовательские отделы, на 50 проц. разрушена экспериментальная лаборатория, выведены из строя электростанция и завод жидкого кислорода. Во время налета погибло 732 человека, в том числе ведущий специалист по двигателям доктор Тиль и один из лучших инженеров Вальтер. Наибольшее число жертв пришлось на долю военнопленных и насильственно угнанных иностранных рабочих. Из 39 бараков, где жило около 12 тыс. рабочих, 18 были полностью уничтожены. После войны Дорнбергер утверждал, что в числе погибших во время налета на Пенемюнде «было только 120 немцев, остальные — русские, поляки и др.»
Еще одной жертвой этого налета явился начальник штаба германских ВВС генерал-полковник Ешоннек. Когда к утру 18 августа стало известно, что полигону Пенемюнде причинены большие разрушения, Геринг позвонил по телефону Ешоннеку и в резких выражениях обвинил его в том, что он не сумел организовать надежное прикрытие Пенемюнде средствами ПВО. Утром сотрудники штаба тщетно звонили своему начальнику. Наконец, секретарь осмелился войти в кабинет шефа. Генерал лежал на полу. Рядом с ним валялись пистолет и записка: «Я не могу больше работать с Герингом. Да здравствует фюрер».
Налет на Пенемюнде явился одной из самых крупных и удачных операций английской бомбардировочной авиации. Противнику был нанесен существенный ущерб. Потери англичан составили 42 самолета.
Однако главную задачу выполнить полностью не удалось. Ракетосборочный завод (а в этот период немцы уже налаживали серийное производство Фау-2) не был поврежден, потери в людях составили немногим более 6%, а из ведущих инженеров погибли только двое. Большие повреждения, причиненные экспериментальной лаборатории, не могли решающим образом затормозить дальнейшие работы над Фау-2. Уже в сентябре контрольные пуски Фау-2 возобновились на полигоне Близна, а в начале октября ракетный центр в Пенемюнде был полностью восстановлен.
