23 мая десять Bf-109Е во главе с Мёльдерсом, несмотря на плохие погодные условия, атаковали Мурмелон, где базировались «Потезы». На земле были уничтожены пять самолетов и еще пять получили различные повреждения, были также сожжены емкости с топливом. Затем вечером 25 мая в районе г. Виллер-Котре, в 70 км северо-восточнее Парижа, Мёльдерс сбил MS.406.

Утром 27 мая «Мессершмитты» из III./JG53 в 15 км к юго-западу от Амьена вступили в бой с группой Bloch 152 из GC I/8. Согласно немецким данным, в течение двух минут – с 09.10 до 09.11 – удалось сбить пять французских истребителей. Два из них были на счету Мёльдерса, который после этого стал первым пилотом Люфтваффе, достигшим в ходе Второй мировой войны рубежа в 20 побед.

Через день – 29 мая 1940 г. – гауптман Мёльдерс первым среди летчиков-истребителей Люфтваффе был награжден Рыцарским Крестом, который ему вручил лично главнокомандующий Герман Геринг. В тот же день его фамилия была впервые упомянута в информационной сводке Главного командования Вермахта.

Вечером 31 мая в районе г. Абвиль Мёльдерс сбил двухмоторный бомбардировщик LeO451 из GB I/12. Всего же в течение дня летчики III./JG53 записали на счет одиннадцать побед. При этом группа потеряла лишь один Bf-109E-1 из 6./JG53, который был сбит в бою с французскими истребителями в районе г. Клермон, в 57 км севернее Парижа, его пилот погиб.

3 июня командование Люфтваффе начало операцию «Паула». Ее целью были массированные налеты на французские аэродромы и авиазаводы, расположенные в районе Парижа. Для этого выделялись огромные силы – в общей сложности около 1200 самолетов, и в т. ч. JG53 в полном составе, в то время как французы могли противопоставить им не более ста истребителей.

Задачей группы Мёльдерса было прикрытие бомбардировщиков и уничтожение появляющихся около Парижа истребителей. В 14.30 он, согласно боевому донесению, сбил «Хок» 75A, а спустя десять минут, юго-западнее французской столицы на высоте 3000 метров, – еще один такой же самолет. Всего в тот день на счету пилотов III./JG53 были 15 побед, но при этом в бою с «Моранами» был сбит Bf-109E-3 лейтенанта Ханса Флейтца. Летчик успел выпрыгнуть на парашюте, но незадолго перед приземлением был убит выстрелами с земли.

Утром 5 июня в бою в районе Компьеня жертвами Мёльдерса в течение трех минут стали Bloch 152 № 651 из GC I/8 и самолет-разведчик «Потез-63» № 250 из GAO 501. Пилоты же его группы сбили еще три истребителя Bloch 152.

В 17.15 того же дня Мёльдерс во главе пятнадцати «Мессершмиттов» вылетел на «свободную охоту» в район Амьена. Это был уже его 133-й боевой вылет. Он так рассказывал о дальнейших событиях:

«Мы находились в районе Амьена, и наше время было уже на исходе. Мы набрали высоту 7000 метров и постепенно начали поворачивать домой. В этот момент внезапно появились шесть „Моранов“. Я решил атаковать один из них. Уже в ходе атаки я увидел два неопознанных мною „Мессершмитта“, которые напали сверху на тот же самый вражеский самолет. Они были гораздо ближе к нему, так что я прервал свою атаку и отвернул в сторону. Тем не менее они слишком рано открыли огонь, французы смело приняли бой и началась обычная схватка.

Некоторое время я наблюдал за ними, а затем атаковал сверху другой «Моран», который отчаянно уворачивался от атак трех «Мессершмиттов». Я несколько раз попал в него, но этого было недостаточно. Внезапно он взял резко вверх и исчез за моим крылом. Когда же он вновь появился около меня – проклятие! – то он обстрелял меня. Я резко взял ручку управления на себя и стал быстро уходить в сторону солнца. Он, должно быть, потерял меня, так как, повернув в противоположную сторону, исчез в южном направлении.

Внизу я увидел два «Мессершмитта», которые почти на уровне верхушек деревьев гнались еще за одним «Мораном». Я посмотрел назад и вверх, – только летящий по дуге «Мессершмитт». Внезапно самолет содрогнулся от попаданий, кабину засыпали искры! Рычаг дросселя разлетелся на части, ручка управления до отказа ушла вперед, я начал почти вертикально падать. Надо было немедленно покидать самолет!

Я дернул рычаг аварийного сброса фонаря кабины, и он улетел назад. Расстегнув замок привязных ремней, я привстал в кресле. Свободен! В руке я сжимал вытяжное кольцо парашюта, сильнейший поток воздуха давил меня обратно, но все же мне удалось выбраться. Я дернул кольцо, и парашют открылся. Повиснув на стропах, я стал искать своего противника. Но вокруг никого не было, только один «Мессершмитт» описывал круг рядом со мной. Я медленно опускался на землю западнее Компьеня, эта земля была занята противником, и до линии фронта было 60 км. Невдалеке подо мной был небольшой лес, окруженный полями. Я видел, как двое крестьян, заметив меня, поймали своих лошадей и умчались прочь. Я достал свой пистолет и переложил его в карман брюк.

Приземление было удачным, я сразу же освободился от парашюта и направился к лесу. В это время появились французы и я бросился к краю леса. Выстрел! Пуля просвистела около моего уха. Отбросив в сторону меховую летную куртку и затаив дыхание, я спрятался за дерево …»

Потеря Мёльдерса подействовала на пилотов JG53 подобно удару тока, тем более что ничего не было известно о его дальнейшей судьбе. Эта неопределенность была отражена в донесении о потерях личного состава JG53 за 5 июня 1940 г.: «Гауптман Мёльдерс отсутствует с 18.40 05.06.1940 г. после встречи с вражескими истребителями в 10 км западнее Компьеня. Bf109, оставлявший за собой след черного дыма, наблюдался в этом районе на высоте около 1000 метров. Парашют был замечен незадолго перед тем, как самолет потерпел аварию. Не замечено никаких вражеских самолетов. Возможной причиной был зенитный огонь или отказ двигателя». Из этих строк можно понять, что Мёльдерс настолько оторвался от своего звена, или, наоборот, атака на него вообще никем не была замечена.

11 июня на краю леса восточнее Компьеня, уже занятого немцами, были найдены обломки его Bf-109E-4. Однако о судьбе самого Мёльдерса по-прежнему ничего не было известно. 18 июня его объявили пропавшим без вести, а исполняющим обязанности командира группы был назначен командир 2./JG53 гауптман Рольф Пингель.

В действительности же Мёльдерс был атакован и сбит истребителем D.520, который пилотировал су-лейтенант Рене Помье Лерарг (Rene Pomier Leyrargues). Немцы не подозревали, что у атакуемых ими MS.406 из GC I/3 было прикрытие – на высоте 8200 метров летела «восьмерка» D.520 из GC II/7 во главе с капитаном Анри Гюго (Henri Hugo). И когда Мёльдерс заходил для очередной атаки, его самого в этот момент неожиданно сверху атаковало звено «Девуатинов» во главе с Помье Лераргом. Для последнего это была пятая, и, как оказалось, последняя победа. Через несколько минут он сам был сбит в районе г. Бове и погиб. Останки французского летчика были обнаружены и захоронены только в 1942 г.

Мёльдерс опустился на землю рядом с местечком Виллерсуа, в 12 км юго-западнее г. Компьень. Вскоре он был захвачен солдатами из 195-го полка легкой полевой артиллерии, заметившими опускавшийся парашют. Они сильно избили его ногами и прикладами, а затем отобрали все награды и ценные вещи. После этого они доставили Мёльдерса в замок Блинкур, расположенный в 3 км к западу, где тот уже был допрошен офицерами.