如此精心的准备取得了巨大的效果。战斗开始后，尽管日军使尽全力猛攻马当要塞，但始终无法突破江上封锁线，一直被阻遏与长江中游以下。恼羞成怒的日军指挥部见进展迟缓，遂调整了作战部署，改以高强度的航空兵对付中国海军。于是自1938年3月下旬开始，马当江面附近展开了一场异常激烈的海空大战。中国海军官兵在缺乏空中掩护的情况下，以并不先进的舰载防空武器与日军飞机展开了殊死搏斗，共击落日机2架，击伤多架，自己也有数艘炮艇被毁。
即便如此，马当江山防线依然稳固如此，据当时的报道，直至1938年6月，"敌人运用陆军力量，向马当采取迂回战略的时候，敌舰方勉强在其陆军护翼下，向我沿江正面海军要塞阵地活动，但没有法子突破，反给我们炮队击伤了几艘军舰，终要等到他们的陆军施展出很大的兵力，把我们要塞包围，我们奉命放弃了之后，敌人的军舰，才慢慢地扫着雷，一步一步挨进来，但我们消耗战和持久战的目的，已经达到了。"
马当之战，中国海军取得了显著战果，其中的关键正如当时的评论，"马当的阻塞，直把敌人军舰压迫在芜湖方面，达半年之久，其间不知道给我们争取了许多有利时间，来从事保卫大武汉的军事配备。"
武汉会战中中国海军还十分强调水雷战的运用。主要作战思想是以巧妙布设的水雷封锁航道迟滞或打乱敌舰行动，而以密集而猛烈的舰炮火力再予以摧毁性打击。这种战法典型的运用主要体现在马当至武汉间江段的保卫战中。
马当之战大大迟缓了日军推进的速度，但同时也消耗了我大量可供沉江阻塞的船只。这种情况下，中国海军迅速调整作战方法，改以水雷为迟滞主要兵器。在日军自马当组织发起新的进攻之后，为遏制日军舰只通过鄱阳湖侵入江西并直指南昌，会战指挥部命令中国海军派出多艘炮艇和炮轮组成鄱阳湖水上防御力量，并在关隘之处布设了大量水雷，时称"线路既密，数量尤多"，并给日军推进造成了"莫大之阻力"。一时间，我布雷舰艇成为日军飞机主要搜寻和攻击的目标，必欲灭之而后快。
中国海军官兵在缺乏有效防空掩护的情况下，冒着危险，克服种种困难，完成了预定布雷任务，但同时也付出了"牺牲已不在少数"、"计7、8两月间，此项布雷小轮，牺牲于敌机暴力之下者，已达10余艘之多"的代价。
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水雷封锁
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水雷封锁战在会战后期依然是中国海军的主要作战方式。在将江面所有航道标志毁掉破坏的同时，区分主要江段，设立了多个雷区。据当时的文件和报道，"各区附近分别划补助雷区甚多，先后在各区布雷1500余具。"各布雷小轮，在敌机不断轰炸下，不分昼夜，奋勇进行，平明、永平、楚发、远东、三星、达通、万利、楚吉、临昌、飞鹅等各布雷船，均因执行此项工作，相继牺牲于蕲春、田家镇、新洲、苇源口、李家洲、余家州、石灰窑、道士袱各处，储雷驳船亦复被炸不少"。
水雷战的效果也十分明显，仅以田家镇要塞保卫战为例。为增强防守，中国海军战前在田家镇江段布设了高达超过400枚的水雷。结果，"由于海军布雷甚多，区域甚广，虽田家镇已放弃达10日之久，两岸我守军尽撤以后，敌舰仍未敢深入"。
除设障阻塞和开展水雷战外，中国海军在武汉会战中还积极参加了各江上要塞的保卫战。经过前期作战，有的舰只已不适用于水面继续作战，于是将其舰炮拆卸下来，安设于要塞之上。此外，将海军陆战队所配备的野战火炮也一并固定部署在要塞上，形成可以远程火力封锁江面、打击敌舰的要塞火力点。如在田家镇布设舰炮16门、葛店布设舰炮门等。
长江各要塞保卫战，这些兵力都发挥了重要作用。如马当战役时，。经过几日连续激战，尽管日军空中、海上火力很猛，我其他防御作战部队遭受重大伤亡，但当"敌陆海空军向我要塞阵地进攻时"，仍见"我江防要塞守备部队在阵地上与敌人作战"据当时的报道，后来，随着日军水面和陆上兵力的不断增强，"致我守军在敌人陆、海、空军地面、水上、空中之包围中，进入极为难苦之战斗。"
在7月初的湖口要塞保卫战中，中国海军陆战队基层官兵展现出勇敢无畏、誓死保卫家园的战斗精神。尽管建制仅仅一个连，但面对"敌海空连续轰击，陆军不断强攻"，绝不弃守，反复血战，拼死抵抗，予敌以大大杀伤。
在田家镇要塞保卫战中，中国海军的要塞作战兵力取得了突出战果。先是在9月20日，以猛烈炮击打退了日军6艘军舰、11艘炮艇的进攻，后又在次日将14艘企图前来扫雷的日军炮艇一举击沉8艘，极大地鼓舞了战斗士气。在随后于10月下旬展开的葛店防御战中，要塞守军还以准确的炮火击沉了日军另外2艘舰艇。
纵观武汉会战，中国海军以弱抗强，在极端恶劣的条件下，以奋战御敌的决心和灵活机智的战术行动，在陆上和空中中方作战力量的配合下，积极顽强，尽管终因寡不敌众，战局失利，自损多艘战舰，但取得的先后击沉各型日军舰船超过50艘、击落日机10余架的战果令当时正处于全面抗战中的国人瞩目和赞许。
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