得知对手只有三艘航母，而且都是由非战斗舰艇改装的轻型航母，已多次跟日本舰队交手的美方指挥官哈里-亚内尔上将并没有草率地认为对手不过尔尔。在派出第二波舰载攻击机群前去攻击日本舰队的同时，他将舰队携带的水上飞机全数派往马绍尔群岛以南海域实施大范围搜索。
如果日本主力航母就跟在米内光政指挥的战斗舰队后头，美方的侦察机用不了多久便能探察到对手的真实意图，然而米内将航母战队部署在了遥远的瑙鲁岛海域，完全超出了美国舰载机的活动半径，这一阶段虽有数艘美国潜艇在瑙鲁岛附近活动，但非常不巧的是，它们谁也没有发现蓄势待发的日本航母战队。
排除了来自南面的威胁，亚内尔决定大干一场，于是在这个糟糕的上午，日本联合舰队前后四次遭到美军舰载机的空袭，除第三次敌方机群规模较小而未遭严重损失之外，前两次和最后一次都造成了战斗减员。尽管处境艰难，日本舰队还是竭力发动了两波反击，第一波舰载机还未靠近美国舰队就遭到强力拦截，以折损大半飞机的代价击伤了两艘美军航母。第二批出击的日本舰载机共30架，已是两艘轻型航母所能够派出的全部战机，结果仅有4架九五舰战、1架九四舰爆、3架九二舰攻得以返航。
经过一个上午的鏖战，坐拥5艘战列舰和3艘战列巡洋舰的日本联合舰队主力已然被对手揍了个面目全非。代理旗舰“骏河”号挨了两发航空炸弹，靠近舰尾的一个燃油舱正汩汩地往外漏油；雄武霸气的“土佐”号挨了一发航弹和一条鱼雷，虽然伤势得到有效控制，涌入底层舰舱的数百吨海水不但拉低了最高航速，也给后面的战斗留下了不小的隐患；威风凛凛的天城级战列巡洋舰“天城”号凭借极为出色的机动力避开了敌方战机的一次次攻击，可谁也不能保证它在下午仍能安然无恙……
敌机随时可能来袭，正常进餐已无可能，各舰官兵只好在战斗岗位上轮流吃饭团子简单对付，就这样挨到了下午1点，还有不少水兵刚刚领到自己的午饭。美国飞行员们像是算好了时间，恰恰在1点过5分出现在了视线中。许多日本舰员只好将剩下的饭团强行塞进嘴巴，然后匆匆回到高射炮位置上。舰队仅有的几架舰战已难堪大用，这一次舰队基本上是要靠舰艇炮火应付美军空袭。
随着战斗警报的拉响，联合舰队所属各战队纷纷加速，然而建造年代的不同以及作战用途各异，有些军舰的最高航速仅仅20节出头，有些可以达到34节以上。于是，庞大的舰队很快失去了原有的整齐队形，三艘战巡及护航舰艇加速到了26节航速，五艘战列舰则以20节出头的航速自行机动，所剩的两艘航空母舰在十余艘轻舰艇的簇拥下编成防空阵型。
有些出人意料的是，此次来袭的美军舰载机却不再直奔日军仅存的两艘航空母舰而去，而是气势汹汹地杀向日本联合舰队的旗舰“骏河”号，而且不仅是俯冲轰炸机和鱼雷轰炸机轮番上阵，就连战斗机也频频俯冲而下对战舰进行扫射。
从日军舰艇上升腾而起的密集火力在中近空的某些区域形成了看似无懈可击的火网，但美军飞行员总能够在火网之中找到飞机能够安然穿过的缝隙。很快的，从无畏式俯冲轰炸机上投下的炸弹命中了“骏河”号的舯部。尽管这种中量级的航空炸弹对日舰破坏有限，炽烈的火焰与滚滚而起的浓烟还是让许多日本海军官兵惊得目瞪口呆。
有了第一枚，第二、第三枚也在短短数分钟内接踵而至，这些航空炸弹似乎只能够弄脏这艘超级战列舰整洁的外观，每每爆炸结束之后，它依然能够以较快的航速在海面上进行机动，而且舰上的火势浓烟也都在水兵们的努力下很快得到控制。与此同时，由于周围的舰艇都将防空炮火集中过来，为了这三枚炸弹的命中，美军航空兵竟已损失了六架舰载机。看着一架又一架涂有美军徽标的战机凌空爆炸或是拖着狼烟坠海，附近战舰上的一些日本水兵居然兴奋得欢呼起来。
正当联合舰队的绝大多数官兵都全神贯注于与这七十多架美军舰载机的海空大战之时，二十架银灰色涂装、拥有粗壮起落架并且在机腹挂载有重磅炸弹的飞机以超过一万四千英尺的高度飞临战场。它们的机身和机翼涂刷着美国海军航空兵的徽标，然而大鸥式的轮廓却属于典型的德国风格——在1933年夏天，当同盟国主力舰队依托圣米格尔岛背水一战时，正是德国容克斯公司研发的ju-17俯冲轰炸机力挽狂澜，接连击沉击伤美英海军多艘大型舰艇，给同盟国主力舰队争取到了大翻盘的机会，而后在百慕大、巴哈马、古巴以及弗罗里达，这些俯冲轰炸机继续在本方战斗机的掩护下碾压对手的信心。1936年3月，第一批舰载型ju-17t以零部件的形式运抵美国，仅仅7个星期之后，这款成功的舰载俯冲轰炸机就出现在了太平洋战场上。与美制沃特sb2u“守护者”相比，ju-17t有优势也有劣势，它们的加入一方面环节了美军当下在武器装备生产方面的困境，一方面提高了美军官兵的信心与士气。