Den 11. november 1942 ble Ozawa utpekt til sjef for den 3. japanske flåten, hvor han avløste admiral Chuichi Nagumo som leder av Japans hangarskipsstyrker. Ozawa viste seg å være en aggressiv og dyktig leder, men ble overveldet av USAs numeriske og teknologiske overlegenhet i slaget i Filippinerhavet. Etter slaget trakk Ozawa seg tilbake til Okinawa hvor han avleverte sin avskjedsansøkning, som ikke ble imøtekommet.