正當艦隊返航之際，克拉克請求密茲契准許第一分隊順道空襲硫磺島，然後準時返回埃尼威托克，並獲密茲契首肯。24日早上，大黃蜂號、約克鎮號及巴丹號一共派出51架F6F前往攻擊，而貝勞森林號則負責反潛及空中巡邏；但此前不久，硫磺島的偵察機發現了第一分隊。曾指揮馬來亞海戰的松永貞市隨即下令飛機迎擊，但卻遭大黃蜂號等擊落29架，而美軍僅損失六架。下午松永分別派20架及41架飛機再作攻擊，但首波飛機全數被擊落，而第二波飛機則無法通過美軍戰機攔截，被擊落17架，而最終折返硫磺島。晚上大黃蜂號返航埃尼威托克，在27日抵達。