美军的B－29机群轰炸鞍山之后，关东军司令部与第2航空军深感战斗机部队不足，难以应付越来越艰难的局势。
此外，以往航空基地建筑，主要侧重于中苏边境的东部和北部地区，计有近160处机场，但在东北内地尤其是南满一带的机场很少，不能适应当时保卫南满工业、交通的需要。
因而决定充实第15飞行联队的作战部队，同时加强对高空轰炸机的攻击训练，并新建鞍、沈地区的机场群。
最重要的是，为了加强对关内国军美军航空部队的监视，关东军司令部还决定改善雷达设施，加强情报的传递能力，更好的应对中美航空部队的带来的挑战。
由于此次美军轰炸鞍山给关东军带来的伤害实在是太大了，仅仅隔了一周的时候，关东军司令部就将第15飞行联队新编成为独立的航空部队，不但加强其司令部中的参谋人员和情报业务，同时还将部队的级别晋升为了旅团级，指挥官土生秀治晋升为陆军少将。
另外在其部队除原有的以外，关东军司令部将从国内调来驻山口县小月机场的第104战斗机部队以及独立第25战斗机中队编入该部。
同时又临时从哈尔滨的第101教育飞行联队中抽出20名飞行教官、助教编成“羽号演习部队”，这些部队全都编入鞍山方面的作战序列。
经充实后，独立第15飞行联队则有3个战队，1个飞行队，1个演习队，又通个中队。
除此之外，关东军司令部还将伪满军的航空队划归第2航空军指挥，并从中挑选一部分飞行人员补充第104战斗机战队。
伪满航空队共有3个飞行队，一所航空学校，其主要军官全为日本人，飞行员中仅有少数中国人，其装备的机种直至目前仍为不收起落架的“九七式”战斗机，飞行部队只能驻于东北内地，不准驻于边境地区。
同时山田乙三等人也意识到，关东军麾下的航空部队不但兵力和战机的数量少，在面对大型轰炸机的作战经验也严重不足，因此必须加强对B－29的攻击训练。
经过一番模拟和分析，关东军司令部与第二航空军司令部的作战参谋都认为应对美军航空兵已经成为眼前最为重要的作战任务，因此必须增强这方面的作战训练。
随后，第二航空军司令部决定进行相关的演习和训练，主要集中在战斗机和高炮方面。
在鞍山市上空以高炮射击为主，在鞍山市外围以战斗机攻击为主。
之后第70战队长长绳胜已少佐率领部队训练时发现，B－29最快时速为600公里，而第70战队装备的“二式”单座战斗机最大时速为605公里，两者几乎是同等的飞行速度。
一旦落后，即很难追赶到600公尺的射击距离，而且还易于遭到B－29装备的20毫米口径远射程火炮的提前攻击。
因此他们决定必须在B－29的前侧方作转弯接近，在接近过程中以飞机的转弯坡度和进入的角度来调整距离。
长绳还提出，只要雷达较准确的掌握B－29位置，他们就在鞍山外围以远约100公里或再远些的距离上进行迎击，这样就可以增加攻击的时间和增多攻击的次数。
上述的这些攻击方法，独立第15飞行联队都组织部队，在空中作了模拟训练。
在加强作战训练的时候，关东军司令部还强令伪满政府新建鞍、沈地区的机场群。
本来鞍、沈地区的机场，其数量可以够该地区日本空军部队使用。但由于沈阳的4个机场离城市太近，处于B－29轰炸这些城市的火力圈范围内，这样空军飞机在紧急起飞或退出战斗返航着陆时，都受到轰炸的威胁。
所以第2航空军选在离沈阳以东较远的大深井子，沈阳东南较远的奉集堡，鞍山西南较远的耿庄子新建了3个机场。并对离城市较远的鞍山、辽阳机场进行了扩建，增长跑道以符合重型战斗机起飞、着陆、滑跑距离长的需要。
然而美国方面和国军方面却不给关东军喘息的机会，在得知鞍山被轰炸之后的效果还算令人满意后，B－29机群继轰炸鞍山以后，接着又连续轰炸了鞍、沈及辽南各地区，频率之高超出了日伪军的预料。
8月13日13时50分，B－29共5架，轰炸鞍山、本溪，给日军造成一百多人阵亡，三百余人受伤，3架工厂被炸。
8月14日12时25分，由14航空队派出的4架大型轰炸机对鞍山及南满地区进行了侦察，遭到日军航空兵的驱赶，但双方并未交火。
8月16日10时30分，第20航空队司令李梅将军率B－29共95架轰炸了鞍山、本溪钢铁厂，其中轰炸本溪的为8架战机，此次轰炸使的原本就受创严重的鞍山钢铁厂再次遭到重创，产能再次下降20%左右。
8月17日10时30分，B－29飞机109架轰炸了鞍山、大连、本溪、绥中。重点仍为鞍山、本溪的钢铁厂，双方在鞍山展开一场地对空以及空对空的大战，盟军这边损失战机28架，日军方面同样损失惨重。
随后，美军调整战术，放弃轰炸鞍山和本溪等地的钢铁厂，转为轰炸其他军工厂和交通运输线，于是在8月20日10时，91架B－29轰炸了沈阳东塔的军工厂和沈阳铁路调车场，继而又出动40架B－29战机轰炸了大量的军工厂及铁路调车场。
美军第20轰炸航空队轰炸鞍、沈及辽南地区时，日军战斗机部队主要是以第70、104战队和独立飞行第25中队进行空战。
这几个部队的装备由于新型飞机不足，1个战队中有几种型号的飞机，使技术、战术动作指挥等不易统一，所以拦截效果非常的糟糕。
在美军第二次大规模轰炸鞍山时，当天的气象为层云，所以第70战队决定，1个中队在高度6000米，1个中队在高度8000米搜索攻击，并于B－29到达鞍山前的1个小时起飞。
结果在上升中进云，当这两个中队各到预定的高度时，大部已成为单机。
直到在云缝中发现高射炮弹爆炸的弹幕，才知离B－29轰炸机已经很近，当看到目标时，发现飞行高度还相差很大，接着进行上升。
在进入攻击时，由于速度慢，迟迟不能接近，且遭到B－29的反击。
留空时间较短的“二式”战斗机，很快即退出战斗返航。又因鞍山机场的加油车数量不够，轮次加完油再起飞时，B－29已经返航。
当发现目标后，70战队各机在使用无线电通话时，随便说话，形成相互干扰，无法通报情况和进行指挥，使空中部队，一直处于混乱状态。
这次轰炸使鞍山的炼铁炉、动力工厂遭到严重损坏，炼焦护、加工工厂被命中50多枚炸弹引起大火，人员被炸死267名。
另外市内铁路命中了9枚炸弹，大仓财团的本溪钢铁厂特殊钢厂附近被命中20多发炸弹，需1个月以上的时间才能恢复，70战队还被B－29反击时击落了4架飞机。
在接下来的轰炸中，第15飞行联队接受了上次“二式”单座战斗机须首先返航的教训，令其在其它机种升空后再起飞。但进行空战的主力，仍然是第70战队。
但连续几次鞍山地区的气象在高度5000至7000米处有层云，在层云以下有碎云，所以当长绳胜已率部队起飞穿云上升后又都成了单机，有的发现了目标，跟踪攻击，有的则因有云始终未发现目标，效果同样非常的糟糕。