21 giờ 15 phút ngày 1-8, Bộ Tư lệnh Hải quân nhận được điện của Bộ Tổng Tham mưu dùng lực lượng tàu phóng lôi đánh tàu địch, nếu chúng tiếp tục xâm phạm vùng biển của ta. Phân đội 3, Đoàn 135 gồm ba tàu 333, 336, 339 được lệnh rời căn cứ đánh trận đầu tiên. 12 giờ 30 phút ngày 2-8, các tàu của Phân đội 3 đã tới vùng biển Hòn Mê (Thanh Hoá) thả neo chờ lệnh.
13 giờ 10 phút ngày 2-8, Tàu 731 xâm phạm vùng biển giữa Hòn Mê, Lạch Trường (Thanh Hoá), cách Đông Nam Hòn Nẹ 10 hải lý. Phân đội trưởng Phân đội 3 lệnh cho ba tàu xuất kích. Biên đội tàu tuần tiễu 142, 146 thuộc Phân đội 3 (Đoàn 130) yểm trợ phía sau bị bứt khỏi đội hình, xa dần.
Tàu 336 ở cự ly 6-7 liên phóng ngư lôi. Một quả rốc-két do máy bay địch bắn xuống phía trước đài chỉ huy 336. Thấy loạt ngư lôi của các tàu trong phân đội chưa gây được tổn thất cho tàu địch, Phân đội trưởng lệnh cho Tàu 333 hướng thẳng mạn trái tàu địch với góc 90°, khi chỉ còn cách tàu địch 5 liên mới lệnh phóng ngư lôi. Cùng lúc, Tàu 333 dùng súng bắn thẳng lên mặt boong tàu địch. Trước tinh thần chiến đấu dũng cảm của Hải quân Việt Nam, binh lính Mỹ trên boong hốt hoảng rút xuống khoang tàu. Địch huy động 4 máy bay Mỹ vòng lượn bắn rốc-két xuống Tàu 333.
Trong khi Tàu 339 chiến đấu với máy bay địch thì hai tàu 333 và 336 cũng bị chúng tiến công ác liệt. Một máy bay địch lao xuống thấp đã bị trúng đạn của Tàu 333, bốc cháy rơi xuống biển, gần ngay khu vực chiến đấu. Ngay sau đó, chiếc máy bay thứ hai lao xuống thấp cũng bị trúng đạn. Những máy bay địch còn lại không dám lao xuống thấp do sợ các chiến sĩ ta bắn hạ; mặt khác do tàu khu trục mà chúng có nhiệm vụ yểm trợ đã rút ra khỏi vùng biển do ta quản lý 12 hải lý nên chúng vội vàng trút hết số bom đạn ở các độ cao xuống biển rồi rút khỏi vùng biển chủ quyền của Việt Nam.
Trận đánh tàu Ma-đốc ngày 2 tháng 8 kết thúc. Tàu Ma-đốc bị trúng đạn 14,5 mm vào mạn, một số thiết bị trên boong hư hỏng. Về phía ta 4 cán bộ, chiến sĩ hy sinh, 6 người bị thương, hai tàu 336 và 339 bị hỏng một số thiết bị trên boong và trong khoang.
Chiều 4-8, lực lượng hải quân Mỹ trên vùng biển Việt Nam gồm có biên đội tàu sân bay Con-xten-lây-sơn và 3 tàu khu trục; biên đội tàu sân bay Ti-cơn-đê-rô-ga và 4 tàu khu trục; 3 tàu khu trục (Ma-đốc, Toóc-nơ-gioi, En-la) hoạt động độc lập; tàu tuần dương Au-la-hâu-ma Xi-ty và một số tàu đổ bộ. Đêm 4-8, chính quyền Mỹ dựng nên “Sự kiện Vịnh Bắc Bộ” vu cáo Hải quân nhân dân Việt Nam một lần nữa cố ý tiến công tàu khu trục Mỹ ở vùng biển quốc tế để lấy cớ dùng lực lượng không quân mở cuộc tập kích lớn đánh phá các căn cứ dọc ven biển miền Bắc.
Ngày 5-8, sau hàng loạt hành động khiêu khích phá hoại có hệ thống 2 biên đội tàu sân bay Con-xten-lây-sơn và Ti-cơn-đê-rô-ga gồm hơn 40 máy bay cánh quạt và phản lực hiện đại, cả tiêm kích và cường kích như AD6, A4D, F8Ư, F4H... bất ngờ mở cuộc tiến công mang tên “Hành quân Pierce Arrow” (Mũi tên xuyên) đánh phá vào hầu hết các căn cứ của hải quân ta trên suốt dải ven biển miền Bắc từ cảng Sông Gianh (Quảng Bình), Cửa Hội, Vinh-Bến Thủy (Nghệ An), Lạch Trường (Thanh Hoá) đến Bãi Cháy (Quảng Ninh).
Từ giữa trưa đến chiều 5-8, đế quốc Mỹ huy động gần 100 lần chiếc máy bay, tiến công làm 3 đợt, mỗi đợt đánh phá 2 địa điểm gần như cùng một lúc với ý định tiêu diệt lực lượng tàu thuyền chiến đấu của Hải quân ta. Hầu hết các căn cứ, khu trú đậu và lực lượng tàu thuyền của Hải quân nhân dân Việt Nam đã bị máy bay Mỹ đánh phá. Với tinh thần cảnh giác cao và quyết tâm chiến đấu anh dũng, cán bộ, chiến sĩ Hải quân cùng quân dân các tỉnh Quảng Bình, Nghệ An, Thanh Hóa, Quảng Ninh đã đánh bại cuộc tiến công của không quân Mỹ, bắn rơi 8 máy bay phản lực và cánh quạt (A4D, AD6), bắn bị thương nhiều chiếc khác, bắt một giặc lái.