最惨烈的战斗发生在1937年9月22日和23日，日海军轮番轰炸中国海军及岸上阵地，旗舰平海号遭到80架以上飞机的轰炸，平海号的姊妹舰宁海号也遭到至少70架次飞机的轰炸。
1937年9月22日，天气阴沉无风，江阴战役中最残酷的一幕揭开了。
上午10时20分，瞭望台发出空袭警报，各舰炮位随即进入一级战备。
5分钟后，传来紧急警报，片刻18架敌机出现在视野中，由下游向“宁海”、“平海”两舰左舷方向扑来——这是属于日军“加贺”号上原陆基第2联合航空队第12航空队的92舰攻12架和95舰战6架。
两舰舰舷的机炮立即调整射击位置，将炮口对准钻过江阴峡口几乎呈水平状超低空扑来的敌机。
日军此次采用的是集团轰炸战术，18架飞机组成紧密的队型扑向“平海”和“宁海”舰。海军各舰与江阴要塞立即对空猛烈炮击。
日军机群在火网中突然分编为两队，第1队由东南向西北，第2队由北而南，以倒“V”形大编队向舰队两面夹击过来。
第1队日机冒着猛烈炮火扑向舰队上空，坚决保持队形并禁止个别投弹。“平海”、“宁海”、“应瑞”、“逸仙”舰与要塞的防空火炮猛烈射击，均未能击落敌机。
第1队日机渐渐逼近并降低高度，终于到达舰队上方的攻击阵位。第一批10多枚60公斤炸弹落在“平海”舰与“宁海”舰之间，冲起一阵红光，继之以天崩地塌的一声爆炸，激起巨大的水柱，竟将“平海”全部船影遮住。
这些落在“平海”左舷的近失弹虽然没有伤及舰体，但是破片对甲板上的人员和仅有薄弱装甲防护的装备造成了巨大损害。
前部米舱开始浸水，舰尾亦被多块破片击中，正在发令的舰长高宪申腰部受创，伤势甚重，但他命人找来绷带，将伤死死缠住，坚守在指挥位置。
“宁海”号舰尾亦被弹片击中。第一攻击波转瞬即逝，中国炮火未能击中敌机。
第2队日机见第一波攻击得手，从上游钻过云层，以“平海”为目标再次进行水平投弹。20余枚炸弹分别落在“应瑞”舰前后以及“平海”、“宁海”舰之间。
“平海”舰的舰尾又遭到近失弹碎片击中，第1炮位见习指挥孟汉霖殉职，机枪手负伤。汽艇舵手二等兵郑礼湘看见机枪无人操作，奋不顾身地冲向机枪，手握到枪柄时胸部即被击穿，壮烈牺牲。
再扑身向前抢枪的帆缆中士严祖冠也被破片击中殉职。正修理机枪的枪炮上士张玉成身负重伤。做为第二轰炸目标的“宁海”舰也有两名士兵负伤。
这次投弹也击伤了“应瑞”舰，致使该舰的左鱼雷发射管被击穿，前桅与舰侧铁板被击穿十余孔，并有士兵三员负伤。
中国防空炮火仍无斩获。
11时30分，警报声再次响起，“加贺”号上海基第2航空战队的6架96舰攻片刻便飞临要塞上空，首先向“宁海”号发起攻击。
此时中国海军各舰高炮存弹量已经不足，但仍英勇地开火迎击。在弹幕中敌机被迫提前投弹，数十枚250磅重型炸弹均落在“宁海”、“平海”两舰附近，无一命中。
但是这批重磅炸弹的威力却使“宁海”军舰的船舷及甲板被击穿10余孔，水兵4人被炸成重伤。“平海”轻重伤十数人。
下午4时30分，敌第2联合航空队第12航空队的92式舰攻6架与95式舰战3架再次来袭，攻击矛头仍是“平”、“宁”两舰。
海军以炮火远距组成拦截火网，打乱敌队形，使敌机无法接近俯冲投弹。
敌无奈，高飞钻入云端，向“海容”、“海筹”、“应瑞”舰仓促投弹，但均未命中。后敌机将剩余炸弹全部投入江阴县城进行报复，中国无辜平民伤亡数十人。
1937年9月22日这天，从早上8时至下午5时，中国集结在江阴水面的诸舰和岸边炮台的官兵作战达9小时之久。
“宁海”军舰消耗高射炮弹400余发，机枪弹8000多发；“平海”军舰消耗高射炮弹265发，机枪弹4000余发。
敌机的空袭未造成太大损失，仅“平海”舰阵亡5人，伤23人。
当晚，陈季良司令召开各舰舰长会议，下令“平海”绝不能因为避开日机重点轰炸而降下桅顶的司令旗，各舰也不得为了机动，向上游驶去。
1937年9月23日，决战爆发。
清晨5时，下游监视哨突然报告：日军10余艘军舰正向江阴前进！
旗舰挂起了备战的战旗，备战的笛号在江阴江面回响着。
“平海”、“宁海”与“逸仙”舰三舰官兵冲上甲板，在炮位中安静地等待最后的厮杀——舰队对决。然而新式战争注定不会给旧思维的中国海军这种机会。
日舰只推进到长山附近就折返了，中国海军官兵莫不感到万分失望。
上午7时，“平海”舰下令各舰收炮。
10时30分，瞭望台报告：敌侦察机两架在“宁海”右舷上空盘旋，但距离较远。
指挥部预料今日必有恶战，便命令各舰提前开午饭，同时命令水兵抓紧时间休养生息，准备决战。
下午1时55分，警报声响起，2时5分，紧急警报再起，几分钟后，敌第13航空队的12架94舰爆自舰队右后方的西面袭来，距离尚远，似乎在空中等待②。
同时左舷又发现敌机14架（第13航空队的96陆攻）！左后方则有一个20架敌机的编队（自“加贺”号起飞的94舰爆和96舰攻各8架，96舰战4架）！舰尾方向还有作为要塞火力压制的敌12航空队9架92舰攻和3架95舰战在虎视“平海”、“宁海”两舰！
这样，共有敌机58架前来攻击弱小的海军舰队，可见日军已决心通过这仗一劳永逸。
中国军舰的高射炮兵急忙开炮迎敌，但难以抵挡敌机的轮番轰炸。
日机冒着猛烈的炮火，一架接一架地向中国两艘主力舰俯冲投弹，但无一命中。反而有一架敌机被炮弹直接命中，坠入江中。
第一波攻击结束后，敌机又分散成10余个小队，由四面八方向“宁海”俯冲而下，大量炸弹随之落在军舰四周。
“宁海”舰陈宏泰舰长临危不乱，急令高射炮专打空中敌机；高射机枪改为平射，对付俯冲低飞的飞机。
然而，双拳难敌四手，虽然两架敌机在中国两主力舰的炮火中坠落在江心，技术拙劣的日机也没能投中任何一枚直接命中弹，但中国战舰仍被敌机破片屡屡炸中，大量密集的近失弹使“宁海”薄弱的舰体遍体鳞伤。
下午3时30分，“宁海”舰进水已经甚多，舰体向右倾斜。如再在此处挨炸，军舰沉没就只在转瞬之间了。
因为舰首的起锚机已经损坏，舰长陈宏泰命令：“斩断锚链向上游转移！”