飞机作第二波攻击。小泽勉强派出75架飞机迎战，同时抛弃油船，加速撤退，并准许各舰单独机动回避。稍后胡蜂号率先攻击落后的油船，并击沉两艘；贝劳森林号及约克镇号的轰炸机成功以鱼雷击沉飞鹰号航空母舰；企业号尝试攻击长门号战舰及最上号重巡洋舰，但无一命中；瑞鹤号航空母舰则先后被企业号、约克镇号及圣哈辛托号派出的机队攻击受损，一度下令弃船，但舰体实际损伤不大，且损管得宜，弃船命令不久后便取消；碉堡山号、蒙特利号及卡伯特号的机队略过刚被胡蜂号机队攻击的油船，继续往西索敌，最终轻伤千代田号及榛名号。海战结束后，日军第一机