现在剩下的唯一问题是确定空袭目标。哈里斯想轰炸德国第二大城市汉堡，艾森豪威尔则想轰炸工业中心埃森。但作战研究室的专家们认为埃森不是一个好目标，因为整个城市被众多工厂排出的烟雾所笼罩，轰炸机在夜间很难瞄准目标。
他们认为鲁尔工业区的科隆是个理想目标，因为它相对距英国较近，轰炸机飞临该城比较容易。更重要的一点在于科隆是德国主要的铁路枢纽，如果被摧毁，德国境内的物资运输能力将会遭到严重破坏。哈里斯听了专家们的建议后，向艾森豪威尔作了转述，艾森豪威尔不再坚持己见。这样，具体轰炸目标将根据行动时的天气情况而在汉堡和科隆之间选择一个。
10月13日，波特尔向哈里斯提交了详细作战计划，哈里斯看后更坚定了自己的行动决心，随即拍板将行动日期定在10月15日夜。但海军部却在此时突然拒绝参加空袭行动，理由是他们要对付猖獗的德军潜艇。
听到这个消息，哈里斯差点抓狂，这意味着他能动用的轰炸机总数将下降到1500架。为避免计划流产，哈里斯赶紧四处寻找可用的轰炸机和机组成员，甚至动员飞行训练司令部的轰炸机、教官和学员也参加。 万事俱备，只欠东风。然而，老天爷似乎故意要刁难一下哈里斯。西欧的天空连续多天阴雨，行动只好推迟。10月16日，天气才逐渐好转。英军气象军官向迫不及待地哈里斯报告说第一目标汉堡上空仍被厚厚的云层笼罩。但第二目标科隆上空已经放晴。哈里斯立即下令放弃汉堡，改攻科隆。
10月16日晚上10时30分。1856架轰炸机从遍布法国的103个机场陆续起飞。同时起飞的还有2113架战斗机，任务是压制科隆附近的德军夜间战斗机基地。飞行员们被告知，一旦机群飞过西欧上空，就开始寻找莱茵河，以它为导向标飞往科隆。
哈里斯为了避免己方大量轰炸机的损失，所以把时间选择在晚上，这样一来轰炸机机群受到的防空炮火打击率就会大量降低。另外就是此时的飞机，夜间战斗的能力可都很一般。就算是德国，拥有夜间战斗的飞机也不会超过三分之二，因为必须要加装了机载雷达的飞机，在具备夜间战斗的能力。 哈里斯的第一攻击波是装备最好的第1、3大队，包括490架“威灵顿”和188架“斯特灵”轰炸机，上面都装有先进的gee导航设备。它们轰炸的具体目标是科隆旧城区的新市场，空袭时间为110分钟，轰炸方式是将大量燃烧弹投在新市场南面和北面一英里范围内。把该处变为“火炬”，作为后续轰炸机的识别地标。
第二攻击波是第4、10大队，包括431架“哈利发克斯”、90架“威灵顿”、70架“惠特利”、73架“兰开斯特”、46架“曼彻斯特”、34架“汉普敦”轰炸机，任务是轰炸科隆市中心。
第三攻击波是第5、6大队，包括303架“威灵顿”、21架“惠特利”、410架“汉普敦”轰炸机，任务是进行补充轰炸。
第一波飞机飞越马其诺防线的时候，被德国的防空雷达发现，德国方面发现的只是一并排四列的小机群，盟军以前也是小机群进行空袭。
这时候德国防空司令部做出了最致命的一个判断。这是盟军的常规空袭，规模在两百架之内。此时的雷达也只有这个分辨能力。德国空军防空司令部立即命令位于内尔工业区周边的两个机场飞机升空作战，升空的夜间战斗机大约一个三百架战斗机。
按照以往的经验。德国防空司令部认为，三百多架先进的bf190战斗机，足够对付盟军的两百架送死的盟军轰炸机了。可是盟军的飞机采用的是溪流编队。简单地说，盟军的飞机四架一排，后面的飞机全部跟随着前面的飞机飞，像溪流一样滚滚前行。
双方在鲁尔工业区外围遭遇，看来德国防空司令部还是慢了半拍。双方的记载雷达基本同时发现了对方，德国的飞机立即猛扑上来，可是迎接他们的是不是挨宰的轰炸机，而是盟军护航的五百架战斗机。
德国空军一边飞快地向上级汇报情况，一边和盟军绞杀，夜晚战斗可是没有白天战斗那么方便，要击落一架敌机，所花费的时间起码是白天的三百。就当德国空军和盟军战斗机绞杀的时候，盟军的第一波轰炸机机群立即加速冲向科隆上空。
10月31日零时47分，第一波轰炸机飞到科隆上空时，机组成员们借助月光清晰地辨识到目标区。科隆的防空部队反应慢了一拍，当空袭警报响起的时候，英军轰炸机群已经开始投弹。110分钟内，数以千计的燃烧弹如雨点般落下!科隆旧城区开始熊熊燃烧。德军防空部队仓促应战，只击落了14架轰炸机。
德国方面立即紧急起飞几千架飞机，可一切为时晚矣，因为鲁尔工业区距离马其诺防线实在不远，盟军后继的轰炸机不管不顾，在很短的时间内到达目标上空。
在火光映照下，后续飞来的英军第3、4、5、6大队的轰炸机群很容易地找到了自己的目标区域并投下炸弹。密集轰炸如此恐怖，以致当最后一架英机返航时，从160千米外也可看见科隆燃烧而映照的火光，浓烟更是直冲4600米高空。
盟军空军飞行员们从未见过这样的浓烟，许多人心中久久难以平静。此次空袭，英军轰炸机所投炸弹三分之二为燃烧弹。科隆共有2.43平方千米区域被炸，在非居民建筑中，3300栋完全被毁，2090栋遭严重破坏，7420栋被轻微破坏。在住宅建筑中，13010栋被毁，6360栋遭严重破坏，22270栋轻微破坏。在空袭中，469人被炸死，10027人被炸伤，410132人无家可归。空袭过后，近70万的科隆市民中有110万左右的居民逃离了该城。