Des de març de 1944 va lluitar al 3r Front de Bielorússia. El 23 de juny de 1944, es va iniciar l'operació ofensiva bielorussa "Bagration". En aquest dia, Fomitxova liderava el seu esquadró com a part d'una columna de bombarders. En la segona sortida, estava previst que l'esquadró de Fomitxova ataqués una de les fortaleses més importants que retardaven ofensiva soviètica. Klàvdia i la navegant de l'esquadró Galina Djunkóvskaia s'havien estudiat bé l'objectiu en una recent missió de reconeixement. Durant el vol, el motor esquerre de l'avió va ser tocat directament per un projectil alemany, l'operador d'artilleria i de ràdio va morir, Fomitxova va ser ferida a la cama, però va continuar pilotant l'avió en línia recta, esperant el moment en què Djunkóvskaia deixés caure bombes. Un cop assolit l'objectiu, Klàvdia va portar l'avió en flames a territori soviètic per evitar ser capturada per l'enemic i, juntament amb la seva navegant, va saltar amb paracaigudes. El rostre de Djunkóvskaia va resultar cremat, i la pròpia Fomitxova va patir cremades de segon grau.