Đêm 26-12, địch tăng cường máy bay gây nhiễu EB-66 và máy gây nhiễu ngoài hạm. Ở hướng Hải Phòng, các tốp máy bay cường kích của hải quân Mỹ hoạt động liên tục từ 18 giờ 12 phút đến 20 giờ 35 phút để “dọn đường” cho B-52 vào đánh. Từ 21 giờ 10 phút đến 21 giờ 48 phút, chúng cho thêm nhiều tốp F-4 vào thả nhiễu tiêu cực dày đặc từ Tây Bắc xuống Tây Nam Hà Nội, cách Hà Nội 40 đến 50km, nhằm tạo mục tiêu giả. Bởi vậy, tất cả màn hiện sóng ra-đa trinh sát tình báo, ra-đa dẫn đường của không quân và ra-đa nhìn vòng của tên lửa, pháo phòng không hầu như trắng xóa. Tuy nhiên, với kinh nghiệm có được qua các trận đánh trước đó, bộ đội ta đã phát hiện được các tốp B-52 trên cả 2 hướng Đông Nam và Tây Nam Hà Nội; phân biệt được dải nhiễu của B-52 với nhiễu của các máy bay chiến thuật, nhiễu tiêu cực và nhiễu ngoài đội hình.
Đêm 26-12-1972, bộ đội tên lửa tiếp tục bắn rơi 6 chiếc B-52,
trong tổng số 8 chiếc bị tiêu diệt. Ảnh tư liệu
trong tổng số 8 chiếc bị tiêu diệt. Ảnh tư liệu
Từ 22 giờ 5 phút đêm 26-12, địch sử dụng 105 lần chiếc B-52 và 110 lần chiếc máy bay chiến thuật hộ tống, đánh ồ ạt, liên tục, đồng thời từ nhiều hướng vào nhiều mục tiêu trên cả 3 khu vực Hà Nội, Hải Phòng và Thái Nguyên. Đây là trận đánh lớn nhất và là trận then chốt trong cuộc tập kích đường không chiến lược của địch.
Tại Hà Nội, địch sử dụng 66 lần chiếc B-52 cùng một lúc đột nhập vào 3 hướng Tây Bắc, Tây Nam và Đông Bắc, rải bom xuống các khu vực nhà máy pin, kho và ga Văn Điển, khu vực kho xăng dầu Đức Giang, ga Đông Anh, kho Giáp Bát, khu vực Bạch Mai, sân bay Nội Bài, Cổ Loa, Uy Nỗ và khu công nghiệp Thượng Đình. Cuộc chiến đấu giữa tên lửa, pháo phòng không ta với máy bay B-52 mỗi lúc một ác liệt.
21 giờ 35 phút, từ trận địa Thượng Thụy (Gia Lâm, Hà Nội), Tiểu đoàn 78 (Trung đoàn 257) đã phóng 2 quả đạn. Đạn có điều khiển, nổ tốt, khiến 1 chiếc B-52 bị trúng đạn, bốc cháy, rơi xuống Định Công, Hoàng Mai, Hà Nội. Quân, dân Hà Nội vô cùng phấn khởi trước thắng lợi đầu tiên trong đêm 26.
Tiếp đó, từ 22 giờ 30 phút đến 22 giờ 47 phút, bộ đội tên lửa Hà Nội liên tiếp bắn rơi 4 chiếc B-52 nữa. Chiến công này lần lượt thuộc về các đơn vị: Tiểu đoàn 86 (Trung đoàn 274), Tiểu đoàn 76 (Trung đoàn 257), Tiểu đoàn 93 (Trung đoàn 261) và Tiểu đoàn 79 (Trung đoàn 257).
Khu phố Khâm Thiên sau trận bom rải thảm đêm 26-12-1972. Ảnh tư liệu
Đêm 26, một tốp B-52 đã ném bom rải thảm khu phố Khâm Thiên. Vệt bom trùm gần hết chiều dài khu phố, làm 287 người chết và 290 người bị thương. Bom địch cũng phá sập gần 2.000 ngôi nhà, đền chùa, trường học, trạm xá.
Cũng trong đêm 26 rạng sáng ngày 27-12, pháo 100mm của Trung đoàn 256 (Quân khu Việt Bắc) lại lập công bắn rơi một chiếc B-52. Tại Hải Phòng, Tiểu đoàn tên lửa 81 (Trung đoàn tên lửa 238, Sư đoàn phòng không 363) cũng bắn rơi một B-52. Pháo 100mm của Đại đội 174 (Trung đoàn pháo phòng không 252) cũng góp công khi bắn rơi một B-52 vào lúc 22 giờ 24 phút.
Trận chiến đấu đêm ngày 26 rạng sáng 27-12-1972 diễn ra hơn một giờ. Lực lượng phòng không ba thứ quân của Hà Nội, Hải Phòng, Thái Nguyên đã đánh một trận tiêu diệt lớn, bắn rơi 8 máy bay B-52, riêng Hà Nội bắn rơi 5 chiếc, có 4 chiếc rơi tại chỗ. Đây là trận Mỹ bị tổn thất B-52 nhiều nhất trong 9 ngày của Chiến dịch. Trận đánh có tính chất quyết định đã làm suy sụp tinh thần và ý chí của Nhà trắng, Lầu năm góc và bọn giặc lái. Đây được coi là trận đánh mang tính then chốt của Chiến dịch.
