对渤海湾的日军进行突击的方案是：中国北海舰队突击大队，以“天津”号航空母舰为旗舰，配合两艘战列舰、两艘巡洋舰、八艘驱逐舰和十六艘潜艇，于8月9日离开连云港，沿着中国海岸的水雷线迅速航行（主要是为了防备日本的侦察机和潜艇），于8月11日左右绕过山东半岛东端的岬角，8月13日到达渤海海峡入口。与此同时，旅顺方向的中国守军将做出向北方发动反击的态势，吸引海峡的日本海军注意；一支运输舰队也将从旅顺外港出发，向天津方向前进，将渤海海峡埋伏的日本潜艇吸引到渤海中北部地区，使中国海军突击大队得以顺利突破海峡封锁线，在日军没有发觉的情况下进入渤海。进入渤海之后，突击大队立即向营口方向全速前进，环渤海区域的所有中**用机场进入一级战备状态，于8月15日或16日对停泊在营口港的日本“翔鹤”号航空母舰进行突然轰炸。轰炸一旦结束（无论是否成功），突击大队立即抽身退却，于8月17日午夜之前撤出渤海，避开日本海军可能进行的报复进攻，并于8月20日回到连云港。最高统帅部希望这个计划不仅能够彻底摧毁“翔鹤”号重型航空母舰，还能够摧毁盘踞营口港的日本海军陆战队，为我军收复这个重要军港做准备。整个计划在密码通讯中的代号是“雷公行动”。
中国海军航空兵和陆军航空兵可以用来轰炸“翔鹤”号航空母舰和营口港的飞机，总共为146架，其中89架是从天津军用机场起飞的陆航飞机，至于青岛、威海等机场由于路途过于遥远，容易被日军发现动向，没有被允许参加本次行动。最高统帅部深知，如果能够把146架作战飞机集中起来，消灭“翔鹤”号是轻而易举的事情，最害怕的就是情报走漏，被日本事先识破，甚至“将计就计”对我军突击大队进行反突击。因此，最高统帅部对“雷公行动”实行了严格的情报封锁，整个大本营和政府机构内部只有不超过20人知道这次行动的全部内容，那些事先曾知道行动计划的海军将领、参议员则被告知“行动已经取消”，北海舰队的主力将继续在连云港和上海停泊。参议院国防委员会主席李原草也被告知“最高统帅部取消了对渤海湾的突击计划”，他为此懊恼不已，甚至对着海军部长大吼：“难道你们就让这个机会白白从手中溜走吗？”海军部长则面无表情的回答：“参议员，我想历史会做出证明的！”
8月9日清晨，北海舰队突击大队按照原定计划离开连云港，沿着曲折的中国海岸线北上。日本海军在中国领海布设了许多潜艇侦察线，但这些侦察线大多设在离海岸100公里左右的地方，因此并没有识破中国海军的计划。对于大型水面舰船来说，沿着海岸线航行是比较危险的，有的地方礁石林立，有的地方则泥沙淤积，稍有不甚就会出现航行事故。为了保证行动顺利，海军部为参加行动的所有舰船配备了两名经验丰富的领航员选择最适合的航道，小心翼翼地绕过星罗棋布的岛礁和沙洲，同时保持较高的航速。8月11日傍晚，突击大队刚刚绕过胶东半岛的时候，“天津”号航空母舰的雷达发现25公里外有十多架日本飞机组成的编队，随时可能发现突击大队的踪迹，气氛骤然紧张起来。幸运的是，这些飞机飞到离“天津”号只有10公里左右，已经可以用肉眼看到舰桥的时候，突然转向西南方向，去轰炸山东半岛南部的军事仓库。事后证明，这一机群包括8架零式战斗机、7架俯冲轰炸机和3架水平轰炸机，他们从游弋在黄海的“凤翔”号轻型航空母舰上起飞，取得了非常大的战绩，却错过了提前发现中国航空母舰的机会。
8月13日凌晨2点，“雷公行动”突击大队比预定时间提前3个多小时到达渤海海峡，作为前锋的潜艇部队与日本潜艇封锁线撞个正着，眼看无法隐瞒自己的存在，只得抢先发射鱼雷，试图在对方发出情报之前予以消灭。水下的鱼雷大战持续了一个多小时，日本潜艇因为猝不及防，损失4艘，重伤2艘，中国潜艇只有2艘受伤；但是，这一海域仍然有2艘日本潜艇不知去向，很难判断日本海军究竟有没有发现突击大队的踪影。在这千钧一发的微妙时刻，突击大队指挥官毅然下令潜艇编队北上进攻日本潜艇封锁线的其它部分，争取将大部分日本潜艇吸引到旅顺附近海域，为突击大队的隐蔽创造条件。此后整整两天两夜，旅顺附近海面成为了潜艇大战的舞台，日本海军航空兵以为旅顺守军要趁乱突围，纷纷集中到这个区域，营口附近的防御更加空虚了。
8月14日半夜，在渤海湾西部绕了一个大圈之后，突击大队又躲过了一队进行例行巡逻的日本驱逐舰，成功逼近到营口港西南120海里处。次日凌晨3点，一切轰炸的准备都已完成，57架作战飞机（27架歼击机，16架鱼雷机和14架俯冲轰炸机）在机库里加满了油、挂满了弹药，被升降机有条不紊地输送到飞行甲板。天津机场的89架飞机已经在同一时间起飞，准备在“天津”号上空形成联合攻击编队。此时，日军在营口附近的辽阔海域只有“翔鹤”号重型航空母舰、“金刚”号战列舰和两艘驱逐舰，由于两军相隔十分遥远，“金刚”号在海战中不会有什么作用。以“能登
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