7月19日，日军空袭江阴县，在江阴东南乡学社掷弹一枚，揭开江阴战役序幕。
上海开战之后，日军高度重视江阴要塞。其战史指出：“战争开始后中国将海军将主力置于江阴要塞掩护之下，不仅阻碍南京方面的空中作战，且以靠巡洋舰平海、宁海威胁我军沿长江下游行动的大舰艇，因此第3舰队司令部认为无论是出自空中作战或封锁作战，均需将其歼灭”。长川司令长官准备使用整个第2联合航空队扫平江阴地区的要塞与海军舰队。第2联合航空队的作战计画是先以舰载机进行压制，并以一部分舰载攻击机牵制炮台，再以主力全力进攻平海舰与宁海舰。但因为兵力不足，这个计画只好减半执行。依日军“武士道”的习惯，如果没有江阴封锁线，其海军有极大可能又会试图在长江中横冲直撞，直趋下关。封锁线正好在沪战开始当天凌晨完成，算是暂时打消了日本海军的妄念。虽然中国海军的战术发挥与兵力并不甚佳，但是整个海军的主力舰队都在江阴布防，这也使得长川有所忌惮。发展航空兵多年的日本海军，很自然地将突破封锁线的任务，交给了航空兵。 在芦沟桥事变发生时，陈绍宽部长正在英国参加英王加冕。事变发生之后陈部长急忙回国，主持国民党海军抗战事宜。陈部长所主持的第一个工作就是封江。
1937年8月11日，海军部派甘露测量舰,皦日测量舰，青天测量舰及炮艇绥宁舰，威宁舰破坏江阴周遭由西周,浒浦口,铁黄沙,西港道,狼山,通州沙,青天礁,刘海沙到长福沙,龙潭港,福姜沙一带的灯标,灯桩,灯灯,测量标杆。各舰由江阴下洊江面开始,在两日内完成了航标的破除作业。
在此同时,海军第1舰队与第2舰队主力已经奉命向江阴集结，49艘军舰进入长江待命(注9)。8月12日，两个舰队主力在江阴江面集合完毕，这次甲午战争之后海军的第一次对外大型动员,令全体海军将士激动不已!
海军舰队的主力原本集中在湖口与下关,在湖口的第1舰队由陈季良司令率领,灭灯疾行了十个小时赶到江阴.全体官兵皆怀高亢斗志,愿与日寇决一死战。但是当舰队在江阴江面集中完毕之后,满怀热血等待着”中国深望每人能尽其至责”旗令的官兵们，愕然发现他们将目睹中国海军史上规模最大的一次集体自沉。
海军部又请行政院训令江苏、浙江、安徽、湖北各省政府紧急征用民用小船、盐船185艘，满载石子沉入封锁线的空隙中。这些民船一共使用了30.94万立方英尺石子，合65020担。 如果加上1937年9月25日自沉（海战后）的“海容”、“海圻”、“海筹”、“海琛”舰四艘巡洋舰，在江阴的沉船封江作业之中一共自沉老旧军舰与商轮43艘，合计吨位63800余吨。
因忌惮于江阴要塞的强大火力和敷设水雷能力（实际并未实施），第三舰队司令长官长谷川清中将否决了直接进攻江阴的建议，转而出动第2联合航空队（辖陆基第2航空战队之第12、第13航空队）和海基的第2航空战队“加贺”号航母执行此次任务。具体的作战安排是先以舰载机进行压制，并以一部分舰载攻击机牵制炮台，再以主力全力进攻“平海”舰与“宁海”舰。
1937年8月13日，淞沪会战打响。在旗舰“平海”的会议室中，每隔一小时就从无线电中传来前线战报。几乎所有的军官都聚集在这里，时而忧心忡忡，时而为陆、空军的英勇战绩感奋，同时也预感到，在江阴江面将要爆发的战事绝不会逊色于淞沪战场。10时，海军司令部命令各舰进入一级战备，舰炮脱去炮衣，随时准备对空射击。 位于江阴的海军电雷学校，有“海上黄埔军校”之称。学校所属的三支鱼雷快艇大队，曾从英德两国进口了15艘鱼雷艇，分别编组成为“岳飞”“史可法”“文天祥”中队。
8月14日晚，在江阴电雷学校鱼雷快艇大队副大队长安其邦的率领下，2艘史字号快艇由内河伪装渔船潜伏上海，15日清晨抵达黄埔江之龙华。16日上午，由海军学校教育长兼江阴江防司令欧阳格亲自带人，在外滩一带侦察敌舰队情况，部署了攻击出云舰的方案。考虑到需要隐蔽出击，决定由“史102号”快艇单独担任主攻，“史171号”快艇担任接应。“史102”艇在敌舰400米开外发起攻击，“轰”一声巨响，一枚鱼雷带着浓烟击中了出云舰边上的一艘趸船，当即沉没。转瞬间，第二枚鱼雷又击出，这次击中了出云舰的尾部，但因鱼雷威力不大，出云舰尽管尾部受创，仍不能置其于死命。
中国空军也于8月14到8月16日连续3天对日军旗舰出云号装甲巡洋舰进行轰炸，根据当时的报纸报道：“这是1894年中日甲午海战以来，日本海军舰队首次遭到中国的攻击”。 1937年8月16日江阴海战拉开序幕。7架日机贴着江面向江阴飞来，侦察我军部署。舰上水兵发炮进攻，日机不敢低飞，在高空掷下两枚炸弹后逃走。炸弹均落江中，未造成破坏。
1937年8月19日上午7时30分，日军从“加贺”号航母起飞的12架舰载机飞抵江阴要塞上空。中国军舰与要塞两岸对空火力齐发，织成密集的火网，12架飞机仓皇逃离。
从16日到20日，敌机或进行侦察，或投石问路，均未发生实质性战斗。
1937年8月20日上午8时，日军侦察机一架突入舰队上空侦察，遭“平海”舰射击，急忙逸去。8时半，炮台发出紧急警报，瞭望兵报告：敌机7架在下游高空出现。少顷，敌机群便飞临要塞上空，但再度被防空火力击散。见中国炮台有所准备，敌机知道难以得逞，随即向下游方向飞去。只有几架飞机投下炸弹，其中1枚炸弹投在距“宁海”舰约1000公尺的江面，激起巨大的水柱。
13日至20日，江阴要塞虽然空袭警报不断，但或是中国空军飞机造成的虚惊，或是敌机投石问路，均未发生实质性的战斗。
1937年8月21日，中国海军流下了在抗战中的第一滴血：在上海江南造船厂修理的“永健”号护卫舰（舰长：邓则勋中校）遭日机轰炸沉没。 沉船封江后，中华民国海军第一舰队司令陈季良中将率领海军主力“宁海”、“平海”、“逸仙”、“应瑞”、“海圻”、“海容”、“海琛”、“海筹”8艘巡洋舰在沉船封锁线后方布防，第2舰队的小型舰艇则部署其后。中国方面希望通过这种“堡垒”战术发挥巡洋舰主炮的远程打击能力，因而大型舰艇集体下锚，几近固定不动的水上炮台。
双方真正的接触发生在1937年8月22日。 上海开战前，日本海军已经将江阴要塞的布防情况弄得一清二楚，并制定了具体的攻击方案，决定于22日对江阴水面的中国海军进行突袭，但都被我海军击退。
1937年8月24日起，日军第三舰队宣布对长江以南的中国沿海实施第1次交通封锁。
8月26日，负责长江上游警戒及破交的日军十一战队的军舰第一次沿江上溯，驶近江阴要塞，并向中国军舰攻击，似乎形势正在向中国海军高层预料的舰队决战发展。
1937年9月19日，规模更大的战斗开始。这一天，日本第三舰队司令长官长谷川清下令所属第2联合航空队（1937年9月10日刚刚从大连转场到新落成的上海公大机场）对南京市区进行“无差别级”轰炸。上午8时15分，警报声大作，江阴要塞瞭望台报告：大批敌机正自下游向江阴飞来！海军各舰炮手均各就各位。几分钟后，只见一个由33架敌机组成的庞大机群在3000米高度向西南飞去。这天正是著名的“9·19空战”日，敌机被我空军第四大队击落4架，击伤1架。中国空军后来的传奇人物刘粹刚自此一战成名。 9时20分左右，警报声又起，海军见1小时前西飞的敌机群正杂乱无章错落地返航，料定必是被我空军击败，便以排炮“欢送”。敌机惊魂未定，无心恋战，未发一枪，未掷一弹，均高速向东逃窜。下午2时30分，又传来警报声，见敌机28架，又在南京被中国空军击溃。这次，该机群未敢沿江飞行，绕开中国高射炮火有效射程返航。
据日本海军作战档案记载，1937年8月底，第三舰队就已经根据多次侦察所得的情报，制定出了进攻江阴要塞的作战方案：决定在1937年9月20日前，主要是以袭扰为手段，给支那海军造成精神压力，使其长期处于紧张中；自1937年9月20日起，要使用优势的空军力量（“加贺”号和第2联合航空队）围歼江阴水面的中国海军，务必一鼓荡平。攻击的主要目标是彻底摧毁“平海”、“宁海”这两艘中国海军最大的轻巡洋舰，从历史上抹掉中华民国海军！
1937年9月20日上午7时13分，瞭望哨报告：下游发现敌机！海军各舰列阵以待。7时16分，敌机两架飞至中国舰队上空盘旋，各舰开炮猛击，敌机即爬升高度，隐入云层，又不时俯冲下来扫射投弹。双方相持30分钟后，敌机投弹5枚，落在“宁海”和“平海”两舰之间水面，随即向东返航。
1937年9月21日，天候阴雨，不适合空袭，日第3舰队中止了当天的攻击计划。 1937年9月下旬，日本海军增派舰只70多艘、飞机300多架和战斗人员10万人，力图打通江阴防线。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部分揭开了序幕。从加贺号航母上飞来的舰载机对我军舰艇不断进行空袭。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，“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。日军在9月 23日以上百架架飞机围攻中国“宁海”、“平海”两舰并将其击伤、击沉后，两日后又开始向中国海军的其他舰只实施攻击。
“宁”、“平”两舰被炸后，舰队旗舰改由吨位稍小的 “逸仙”舰担任，第一舰队司令陈季良移至该舰指挥。该舰正泊于江阴与上游的目鱼沙之间。日军第12航空队6架92舰攻及3架95式舰战突然而至，对这艘新的旗舰实施猛烈轰炸；不久另一架海基的94舰爆也加入了攻击行列。“逸仙”舰在江面上慢速机动，沉着应战。击落敌机两架，其余敌机吃惊不小，立即返航了。
这时，该舰已经被击中多处，机舱的左旋转轴机柱被震断，电机、自动制气门全毁，舵舱与行李舱中大量进水，军舰很快向左倾斜，组织堵漏收效甚微，不得不将舰驶往江边搁浅，以保存舰体。但以后几日，日轰炸机又不断对其实施攻击，终于使舰体倾倒，沉没在江中。
在25日的防空战斗中，“逸仙”舰共阵亡14人，8人负伤；击落敌机两架。
在“逸仙”舰被敌机攻击时，海军指挥部派“建康”等舰驰援，救护沉舰官兵；同时命令第二舰队司令曾以鼎，率“楚有”舰前往江阴接防（第一舰队司令陈季良将军在“逸仙”舰上指挥防空作战时摔倒负伤，已被陈绍宽总司令调回南京）。
“建康”号驱逐舰驶往江阴途中在龙梢港停靠时，突遭12架敌机空袭。该舰以猛烈火力对空拦阻，但因为只有机枪数挺，仍不足以阻止敌机的攻击。分成前后两个机群的敌机使该舰中近失弹8颗，舰体严重受损。舰长齐粹英、副长严又彬、航海长孟维洸在舰桥指挥作战时，被落在舰旁的炸弹炸成重伤。舰上其他官兵阵亡9人，受伤27人。“建康”舰军舰因多处进水，无法塞堵，遂逐渐倾斜下沉。
第二舰队旗舰“楚有”号到达江阴江面以后，两日连遭大批敌机攻击，因寡不敌众，被击中机舱、舵轮、弹药舱，并伤亡官兵18人。该舰只有40毫米高炮 1门与机枪1挺，只得一面抵抗，一面顽强向江阴水面开进。驶至六圩港附近时，又遇一批敌机前来轰炸，下沉，伤列兵2人。舰队司令部只得移往江防总部办公。
在空袭中失去大多数主力军舰以后，陈绍宽总司令明白：中国海军舰队已不可能再有与日军舰队进行决战的机会了。“九·二三”之战之后残余的主力舰只，多半缺乏防空武器；特别是长期为海军一级舰的“四海” （“海圻”、“海容”、“海筹”、“海琛”）巡洋舰。这四艘巡洋舰参与了清末民初几乎所有重大政治事件，在甲午以来漫长的海军史上一直是中国海军的象征。然而在主力舰队毁沉后，这批旧型舰因为防空火力贫弱，且吃水过深，不适用于内河作战，已经成为海军的累赘。江阴封江前期，“海容”与“海筹”舰尚部署在江阴与镇江之间的江面作为第二线，“海圻”与“海琛”舰则驻泊在南京。9月25日，陈绍宽部长在亲自巡视了搁浅的“平海”舰之后决心放弃这批老舰，并将舰上枪炮拆卸装配到岸上。只有“海圻”舰的2门203毫米主炮，因为仅存炮弹1枚，利用价值不大，遂被放弃。
9月25日夜，这四艘名舰进行了最后一次航行。在封锁线后方集结完成之后，四艘军舰战舰在凄凉的汽笛声中打开海底门，静静地沉入长江。
此后，敌机继续在江阴一带不断进行空袭。“青天”、 “湖鹏”、“湖鹰”、“江宁”各舰也先后被敌机炸毁于龙梢港、鳗鱼沙（阵亡下士张依发）、鲥鱼港、炮子洲等处。“绥宁”炮艇于10 月13日在十二圩防地被炸成重伤，失去战斗力，列兵郑新民阵亡，伤10人。
在长江下游未被击沉的我第2舰队各舰则放弃了等待继续挨炸的命运，转而将3英寸以上主炮全部卸下，以驳船运往下关；各舰的正副枪炮官与枪炮兵也前往南京集合，组成了太湖炮队，参与保卫首都。而失去火力防护的军舰则先后在日机的攻击下毁灭。
“应瑞”舰在9 月25日晨6时开往江阴堵塞线，协助“海圻”与“海琛”自沉作业。9时半，“应瑞”舰正装载由两舰撤退的作业官兵返回南京，途中遭到日机两次轰炸。下午4 时，又有9架日机编队发现该舰，其中两机折回，向“应瑞”舰投掷炸弹两枚，落在军舰右舷水中，使“应瑞”舰全舰剧烈震动，车轴舱漏水，身负重伤。“应瑞” 舰于当晚抵达南京。该舰到采石矶拆卸武装；但进度缓慢，一直到23日仍有主炮正在拆卸。7架日机向“应瑞”舰俯冲轰炸。该舰官兵因前次战役受日机之辱，气愤万分，遂纷纷操枪操炮抵抗，结果仍被敌机连连击中。左侧前段煤舱先中一弹，前望台右侧渣油柜也被引燃起火。继之锚链、舵轮、电机与总保险丝均被震断，军舰右前方开始浸水。敌机继续轰炸不去，前望台左侧与右前段又各中一弹，总水管炸裂，火势延烧到前药弹舱。军舰开始向右倾斜。下午5时半，“应瑞”舰沉没。此役“应瑞”舰共阵亡17人，5人不治殉国，其余57人受伤。舰上官兵由“甘露”测量舰救起送往南京。
至此，中国海军赖以存在的数艘主力舰“宁海”、“平海”、“逸仙”、“楚有”、“建康”、“应瑞”已悉数被敌击沉。
本次战役先后击落敌机20余架，击沉敌舰2艘，击伤10余艘（包括日本侵华海军旗舰“出云号”装甲巡洋舰）。
亲临要塞观战的法尔肯豪森说：“这是第一次世界大战以来，我所见到的最激烈的海空战。”
1937年10月，日本海军战报： “经我军两个月来的英勇作战，于淞沪圣战前撤往江阴，并于彼处集结的支那海军，被击沉击伤共25艘，伤其兵员数千人。目前，这支军队已不复存在了。”
