結果，這次炮戰中，按照目擊者的說法，日方應該有一艘驅逐艦被擊中。按照中方的資料說，是將其擊沉了。但是我查遍這兩個戰隊的軍艦，即使被擊沉也都是很後麵太平洋戰爭時候的事了。日方的記載，隻提到“榆”號驅逐艦艦橋被擊中一發子彈。而中方的記載，吳淞炮台有三門火炮被毀。
吳淞炮台的活躍，引起了日本海軍的注意。一場凶猛的報複很快來臨了。
26驅逐隊沒討到好，鹽澤幸一坐不住了，第二天，也就是2月4日，他出動了第三戰隊和第一水雷戰隊的主力，前來炮擊吳淞炮台。
說到水雷戰隊，可能有人會納悶，怎麼把布水雷的布雷艦也派上來炮擊了。其實，日本人說的“水雷”，就是中國人嘴裏的“魚雷”。而驅逐艦當初就是為發射魚雷（水雷）而設計出來的。所以這水雷戰隊，其實就是驅逐艦。
這個第一水雷戰隊，聽聽聲勢很大，其實在上海隻有一艘夕張號驅逐艦。不過這艘驅逐艦比較變態，2000噸的排水量，卻裝了8門140毫米的艦炮。而第三戰隊就更不用說了，三艘全是5170噸的長良級輕巡洋艦，每艦有140毫米炮7門。
而且除了水上遊的，還有天上飛的。一二八當晚，轟炸上海的隻有幾架水上偵查機，還是把19路軍炸得夠嗆。這回，一下子飛來轟炸炮台的，卻是20多架飛機，而且是正宗的攻擊機。
原來，這次增援到上海的日本軍艦，還有兩艘貨真價實的航空母艦，加賀號和鳳翔號。兩艘航空母艦，加起來可以帶的飛機達到一百架還要多。這些飛機主要分為兩種，90式艦上戰鬥機和89式的艦上攻擊機，均能攜帶炸彈，都配備了兩挺機槍。
鳥槍換炮，打起來就完全不一樣了。
跟水麵上的軍艦拚，雖然實力有差距，但吳淞炮台好歹還有個能還手的目標。而對於頭上飛的飛機，炮台是一點辦法都沒有。而且更糟糕的是，吳淞炮台是晚清的時候建造的，那時候根本就沒想過會有飛機這回事，所以炮台是露天的。這就等於日本飛機俯衝下來轟炸的時候，目標看得一清二楚，而且一點防護都沒有。
對於日本飛行員來說，這場炮台攻擊戰，幾乎變成了一場打靶比賽。炮台內，被炮彈航空炸彈炸出的彈坑，最深的甚至有數米。整個戰鬥中，日軍共計發射艦炮500發，投擲航空炸彈150枚。
對於這樣一麵倒的戰鬥，滕參謀長還在苦苦支撐。苦戰兩個小時，炮台又有6門炮被炸毀。滕參謀長依然在督軍奮戰，終於，他所處的區域也遭到了火力射擊，一塊彈片首先擊中他的左臂，緊接著又一枚敵彈飛來，打斷了他的右手，最終，第三塊彈片直接穿透了他的胸腹。這名33歲的貴州籍參謀長，軍校裏學的就是炮兵科，此時，終於在這樣一場守衛國門的炮戰中，為國捐軀了。
而要塞司令部的兩員副官，也先後在炮戰中殉難，自此，要塞司令部主官全部犧牲。炮毀人亡，指揮斷絕。下午1點多，吳淞炮台沉默了。炮台內屍橫遍野，殘存的炮台士兵們紛紛逃出炮台潰散而去。而日軍軍艦飛機還不罷手，繼續用炸彈艦炮攻擊四散逃跑的官兵。
日方的記載，炮戰中，30驅逐隊的“如月”號驅逐艦在江上轉向時擱淺，下午4點方脫離。整場炮戰，日本海軍戰死1人，輕重傷13人。
此時，奉命趕來吳淞增援的156旅旅長翁照垣，在淩晨時分已經趕到了這裏。但是對於這樣一場海陸空現代化的大戰，翁照垣卻什麼也幫不上忙。他手裏此時雖然有一團步兵，但是卻隻能眼睜睜的看著炮台守軍在敵軍優勢海空火力的打擊下，土崩瓦解。
他所能做的，隻能迅速集結手中的兵力，準備抗擊炮擊後的日軍登陸。然而，這樣的登陸他並沒有等到。因為，就在吳淞炮戰正酣時，日本陸戰隊全部力量已經陷入了閘北的苦戰之中，沒有什麼力量能抽調出來登陸吳淞了。