Ngày 18 tháng 6, "North Carolina" rời khu vực quần đảo cùng các tàu sân bay để đối đầu cùng Hạm đội Lưu động 1 Nhật Bản, vốn đã bị tàu ngầm và máy bay trinh sát theo dõi bốn ngày trước đó. Ngày hôm sau khởi đầu Trận chiến biển Philippine, và chiếc thiết giáp hạm được bố trí phía trước những chiếc tàu sân bay. Máy bay Mỹ tuần tra chiến đấu đã thành công trong việc bắn hạ hầu hết máy bay Nhật tấn công trước khi chúng đến được các tàu chiến Mỹ, và "North Carolina" đã bắn hạ hai trong số những chiếc ít ỏi lọt qua được hàng rào phòng thủ.