Pertempuran Laut Karang
Pukul 08.15, pesawat SBD dari Yorktown dengan pilot John L. Nielsen melihat armada Got membayang-bayangi konvoi invasi. Nielsen membuat kesalahan dalam pesan tersandi, dan mengatakan penglihatannya sebagai "dua kapal induk dan empat kapal penjelajah berat" di, 225 nautical miles (417 km) sebelah barat laut armada TF17. Fletcher berkesimpulan armada kapal induk utama Jepang sudah ditemukan. Semua pesawat yang ada
diberangkatkan dari kapal induk untuk menyerang. Pukul 10.13, sejumlah 93 pesawat Amerika Serikat sudah berada di udara untuk memulai serangan ke armada Jepang. Mereka terdiri dari 18 pesawat tempur Wildcat, 53 pesawat pengebom tukik SBD, dan 22 pesawat pengebom torpedo TBD Devastator. Pukul 10.19, Nielsen mendarat dan menyadari kesalahan kode pesan yang dikirimkannya. Walaupun Shh ada di
dalam armada Got, Nielsen mengira dia hanya melihat dua kapal penjelajah dan empat kapal perusak. Namun pada pukul 10.12, Fletcher menerima laporan dari tiga B-17 Angkatan Darat Amerika Serikat tentang adanya 10 kapal angkut dan 16 kapal perang di, tepatnya di 30 nautical miles (56 km) sebelah selatan lokasi penglihatan yang dilaporkan oleh Nielsen. Pesawat-pesawat B-17 sebenarnya melihat kapal-kapal
yang sama seperti dilihat Nielsen, kapal induk Shh, kapal-kapal penjelajah Got, ditambah pasukan invasi ke Port Moresby. Percaya dengan penglihatan awak B-17 yang telah menemukan armada kapal induk Jepang, Fletcher mengarahkan serangan udaranya menuju target.
Pukul 09.15, pesawat-pesawat Takagi yang sampai di lokasi hanya melihat Neosho dan Sims, dan mencari-cari kapal induk Amerika Serikat. Akhirnya pada pukul 10.51, pesawat pencari dari Shkaku sadar telah salah mengenali tanker dan kapal perusak sebagai kapal induk. Takagi sekarang sadar kapal-kapal induk Amerika sudah berada di tengah-tengah antara armadanya dan konvoi invasi. Pasukan invasi Jepang
berada dalam bahaya. Takagi memerintahkan pesawat-pesawatnya segera menyerang Neosho dan Sims lalu pulang ke kapal induk secepat mungkin. Pukul 11.15, pengebom torpedo dan pesawat tempur membatalkan misi, dan kembali ke kapal-kapal induk mereka sementara 36 pesawat pengembom tukik menyerang dua kapal Amerika Serikat.
Empat pengebom tukik menyerang Sims dan sisanya menjadikan Neosho sebagai sasaran. Tiga buah bom tepat mengenai kapal perusak Sims yang pecah jadi dua, dan langsung tenggelam dengan menewaskan semua awak. Dari 192 awak hanya 14 yang selamat. Neosho terkenal 7 bom. Salah satu pengebom tukik terkena tembakan antipesawat dan menghujam ke tanker Neosho. Setelah rusak berat dan
mesin mati, Neosho dibiarkan terapung-apung dan tenggelam perlahan di (). Sebelum semua sistem mati, Neosho masih sempat memberitahukan telah diserang kepada Fletcher lewat radio, dan berada dalam keadaan gawat. Namun rincian selanjutnya tentang siapa dan apa yang menyerang Neosho tidak diterima karena terganggunya transmisi radio. Neosho juga salah memberikan koordinat posisinya ().
Pesawat penyerang Amerika Serikat melihat kapal induk Shh dalam jarak dekat di timur laut Kepulauan Misima pada pukul 10.40 dan mulai menyerang. Kapal induk Jepang dilindungi oleh enam pesawat tempur Zero dan dua pesawat tempur Tipe 96 yang terbang sebagai patroli udara bersenjata, sementara pesawat-pesawat lainnya sedang disiapkan di dekat bawah untuk menyerang kapal induk Amerika Serikat. Kapal induk
Shh dikelilingi kapal-kapal penjelajah dalam formasi berlian, masing-masing dengan jarak 3.000 yards (2.743 m) hingga 5.000 yards (4.572 m).
Penyerang pertama, skuadron Lexington yang dipimpin Letnan Kolonel William B. Ault menghantam Shh dengan dua bom seberat 1.000-pound (454 kg) dan lima torpedo hingga menyebabkan kerusakan parah. Pada pukul 11.00 skuadron Yorktown menyerang Shh yang sudah terbakar dan hampir tidak bergerak lagi. Mereka menjatuhkan 11 bom atau lebih seberat 1.000-pound (454 kg) dan paling sedikit dua torpedo lagi. Shh hancur
dan tenggelam pada pukul 11.35 (). Cemas akan kedatangan serangan udara lainnya, Got menarik mundur kapal-kapalnya ke arah utara, namun memerintahkan kapal perusak Sazanami untuk kembali memunguti awak yang selamat. Hanya 203 dari 834 awak kapal induk Shh yang selamat. Tiga pesawat Amerika Serikat jatuh dalam serangan, termasuk dua SBD dari Lexington dan satu dari Yorktown.
Total 18 pesawat yang dibawa Shh hilang tetapi tiga pesawat tempur patroli udara bersenjata berhasil mendarat darurat di laut dekat Deboyne dan selamat. Pukul 12.10, pesan dikirim ke TF17 tentang keberhasilan misi, pilot SBD dari Lexington dan komandan skuadron Robert E. Dixon mengatakan "Scratch one flat top! Signed Bob."
Pesawat-pesawat Amerika Serikat pulang dan sudah mendarat di kapal induk masing-masing pada pukul 13.38. Pada pukul 14.20, pesawat-pesawat tadi sudah dipersenjatai kembali dan siap diberangkatkan untuk menyerbu Kesatuan Invasi Jepang ke Port Moresby atau kapal-kapal penjelajah Got. Walaupun demikian, Fletcher masih cemas tentang keberadaan kapal-kapal induk Jepang yang lainnya. Ia mendapat berita
bahwa sumber-sumber intelijen Sekutu memperkirakan paling sedikit ada empat kapal induk Jepang yang dikerahkan dalam Operasi MO. Fletcher berkesimpulan hari akan mulai gelap untuk memulai serangan pada saat kapal-kapal pengintainya dapat menemukan kapal-kapal induk Jepang yang lain. Oleh karena itu, serangan lain untuk hari itu diputuskannya untuk ditunda. Ia memutuskan
terus berlayar di bawah lindungan awan tebal sementara pesawat-pesawat tempur terus dipersiapkan untuk bertahan. Fletcher mengubah haluan TF17 ke barat daya.
Setelah menerima berita tentang karamnya Shh, Inoue memerintahkan konvoi invasi untuk mengundurkan diri sementara ke utara. Takagi yang pada saat itu berlokasi di 225 nautical miles (417 km) timur TF17 diperintahkannya untuk menghancurkan kapal induk Amerika Serikat. Ketika konvoi invasi sedang mengubah haluan, delapan pesawat B-17 Angkatan Darat Amerika Serikat datang menjatuhkan bom-bom, namun
tidak mengenai sasaran. Got dan Kajioka diperintahkan untuk menyiapkan kapal-kapal mereka di selatan Kepulauan Rossel untuk pertempuran laut malam hari bila kapal-kapal Amerika Serikat muncul dalam jarak tempur.
Pukul 12.40, pesawat amfibi Jepang yang berpangkalan di Deboyne melihat dan melaporkan armada Crace berada di posisi 175 derajat, 78 nautical miles (144 km) dari Deboyne. Pukul 13.15, sebuah pesawat Jepang dari Rabaul melihat armada Crace, namun menyampaikan laporan yang salah. Menurut pesawat dari Rabaul, armada Crace terdiri dari dua kapal induk dan berada di posisi 205 derajat, 115 nautical miles (213 km) dari
Deboyne. Berbekal laporan tersebut, Takagi yang masih menunggu kembalinya pesawat-pesawat yang menyerang Neosho, mengubah haluan kapal ke barat pada pukul 13.30. Takagi memberitakan Inoue pada pukul 15.00 bahwa kapal-kapal induk Amerika Serikat berada paling tidak 430 nautical miles (796 km) di sebelah barat posisinya, dan armadanya tidak dapat menyerang pada hari itu.
Dua kelompok pesawat penyerang dari Rabaul yang sudah mengudara sejak pagi hari itu dikerahkan staf Inoue untuk menuju ke posisi kapal-kapal Crace dilaporkan berada. Kelompok pertama terdiri dari 12 pengebom Tipe 1 dilengkapi torpedo. Kelompok kedua terdiri dari 19 pesawat serang darat Mitsubishi Tipe 96 yang dipersenjatai dengan bom. Kedua kelompok pesawat tersebut menemukan dan mulai menyerang
kapal-kapal Crace pada pukul 14.30. Dalam laporan, mereka mengklaim telah menenggelamkan kapal tempur kelas "California" serta merusakkan sebuah kapal tempur dan sebuah kapal penjelajah. Pada kenyataannya, kapal-kapal Crace tidak ada yang rusak, dan empat pesawat Tipe 1 ditembak jatuh. Beberapa saat kemudian, tiga pesawat B-17 dari Angkatan Darat Amerika Serikat secara tidak sengaja mengebom kapal-kapal Crace, namun tidak menimbulkan kerusakan.