发现日军舰队位置后，发动以216架飞机组成的攻击波。在攻击中，美军击沉飞鹰号轻型航空母舰，击伤了瑞鹤号航空母舰和隼鹰号及千代田号2艘轻型航母，并击落50架日机。美机在战斗中损失20架，但归舰时因已入夜，在混乱中反而损失了80架飞机。由于米切尔不顾遭到敌人潜艇攻击的危险，下令打开舰队的航行灯，因此拯救了许多飞行员与飞机。此役美方称为菲律宾海海战，除一举夺得西太平洋的制海权外，也让日海军的航空战斗力从此一蹶不振。菲律宾海海战结束后，第58特混编队继续前往马里亚纳群岛，支援陆战队与陆军部队攻击塞班岛、关岛和埃