后舰队派飞机空袭当地，并歼灭关岛机场的日机。7时30分，日军侦察机发现部分第四分队舰只，但后续侦察机被艾塞克斯号及兰利号等击落。小泽稍后在8时30分、56分、10时及11时派出四波攻击，每波攻击的出击架次分别为69架、128架、47架及82架（大凤号及翔鹤号均于早上出击后被潜艇攻击，下午沉没）。第一波攻击由西面直指美军舰队，于10时被李中将的战舰雷达发现；23分舰队开始派战机拦截。此时日机离舰队只有，但却因浪费过多时间重整阵形，令美军战机得以及时爬升拦截。碉堡山号击落最少12架，而艾塞克斯号、企业号、列