激战数小时后，日军付出惨重代价，再也无力支撑。前后共计三十余架战机被击落、击伤，几乎占到参战兵力的半数，飞行员伤亡惨重，剩余战机弹药耗尽，士气崩溃。
日军指挥官深知再打下去，空中力量将彻底崩盘，当即下令全线撤退，仓皇向东北方向逃窜。
中国空军一路追击十里，才在汉蒙德的指挥下收拢编队，胜利返航赤峰。
此役，中国空军亦付出沉重代价，三十架战机战损，许多优秀的飞行员血洒长空，但他们守住了赤峰上空的制空权，打出了中国空军的威风。
日军第六师团见空中惨败，中国三大轰炸大队已盘旋至头顶，随时可能对地面阵地实施轰炸，唯恐遭到毁灭性打击，当即放弃进攻，全线后撤至赤峰外围三十里处，暂时休战。
赤峰之围，不战自解。
孙殿英站在被炸得残破的城楼上，看着空中凯旋的中国机群，这位一生毁誉参半的军阀，眼眶瞬间泛红。
不多时，鲲鹏运输大队二十四架容克斯运输机依次降落在赤峰城外的临时空地上，机舱打开，一箱箱弹药、一袋袋干粮、一箱箱急救药品源源不断运出。
鲁军航空队的地勤人员与机械师快速行动，将补给送到守军手中，为疲惫不堪、缺衣少食的四十一军，送上了最及时的支援。
孙殿英紧紧握住前来递送补给的中国飞行员的手，声音哽咽“多谢刘军团长，多谢诸位空中英雄！今日若不是你们，赤峰全城，都要化为焦土！”
汉蒙德是美国人，不懂得中国人的那些人情世故和弯弯绕，他只是十分痛心的低着头，这场空战，损失了半数的战斗机，直接让鲁军空军吐了一大口血，尤其是有二十几名优秀的中国飞行员和美国志愿兵飞行员牺牲。
这样的战果，汉蒙德是无论如何都笑不出来的。他只能用着机械的汉语对孙殿英说道“我们奉命而来，只是此战，空军战斗机伤亡过大，剩下的战机回去之后，也要进行维修，如果日军再来，恐怕我们空军就无能为力了。”
孙殿英听到汉蒙德这么说，笑容戛然而止。
最后还是高志航说道“孙军团长，日军这次的伤亡不比我们小，他们在东北的空军一共只有那么多，遭受到了重大的打击，恐怕短时间内，也不会再出动了。你们无需为制空权担忧了。”
听到了高志航的安慰，孙殿英的心情才好了一些。
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热河大空战大捷的消息，由无线电加急传至北平军分会，整座北平城瞬间沸腾。
3月4日午后，汪兆铭、何应钦、宋子文、杨杰等军政要员齐聚会议厅，接到战报那一刻，几人齐齐拍案而起，连声叫好。连日来热河前线一溃千里的压抑一扫而空，众人交口称赞刘珍年治军有方、敢打敢拼，硬生生在绝境中打出一场扬眉吐气的空中大胜。
何应钦紧握电报，连声叹道“刘珍年好样的！山东养出这般精锐空军，实在是国家之幸！”
宋子文难掩激动“有此空军在，华北防线尚有可为！”