ギルバート諸島沖航空戦
11月21日朝、日本側は攻撃を免れたマロエラップ環礁から索敵機を出し、ギルバート諸島付近で5群のアメリカ艦隊を発見した。一部は重複誤認と推定される。なお、索敵任務の陸攻2機が未帰還となった。この報告に基づき宮前信己大尉率いる第755航空隊の陸攻14機がルオットから出撃し、アメリカ海軍第50.3任務群を攻撃した。この攻撃隊は、雷撃及び体当たりにより空母2隻と駆逐艦1隻の撃沈などを報じたが、指揮官機を含む7機が未帰還となった。アメリカ軍側の記録によると、軽空母「インディペンデンス」が魚雷1発を受けて損傷した。この戦闘を、日本側は第一次ギルバート諸島沖航空戦と命名した。
このほか11月22日未明にも日本側は陸攻7機を出撃させたが、戦果無く3機を失った。連日の損害で、第755航空隊の陸攻は稼動11機に減少してしまった。他隊の戦闘機は計38機が使用可能だった。同じ22日の日中には残存航空機をルオットから全力出撃させての機動部隊攻撃を試みたが、天候不良で引き返した。少数機はタラワの陸上目標に対して爆撃や物資の空中投下を行った。
ギルバート諸島の救援作戦を企図した日本海軍は、Z作戦によって各地から集まる航空戦力について、第22航空戦隊司令官の吉良俊一少将の下で、内南洋方面航空部隊として統一指揮を行うことにした。第22航空戦隊と第24航空戦隊及び第一航空戦隊から陸揚げする艦上戦闘機30機の使用が計画された。11月24日には、第24航空戦隊隷下の第752航空隊より陸攻18機がルオットに進出し、稼動戦力は陸攻28機と戦闘機24機となった。
上陸2日前の11月19日朝、アメリカ海軍第50任務部隊は、ギルバート諸島及びナウルに対して激しい空襲を開始した。これに対して日本海軍の第755航空隊は、索敵機を出して機動部隊を発見し、一式陸上攻撃機(一式陸攻)13機を攻撃に向かわせた。この攻撃隊は体当たり攻撃により空母1隻の撃沈を報じたが、アメリカ軍に該当する損害は無い。日本の攻撃隊は2機が未帰還となった。上陸部隊を乗せた輸送船団も発見されたため、日本の連合艦隊司令部は、「Z作戦」のうちギルバート諸島防衛に関する丙作戦第三法の発動を下令した。
翌11月20日にもアメリカ軍機動部隊は、ギルバート諸島やミリ環礁、ジャルート環礁(ヤルート)の日本軍航空基地を激しく空襲した。これにより飛行艇3機などが地上撃破された。日本軍は再び航空機による反撃を試みたが、索敵に出た20機のうち12機が失われ、クェゼリン環礁のロイ=ナムル島(ルオット)からの攻撃隊15機は目標を発見できず1機未帰還となった。
その後11月21日未明にも、アメリカ軍機動部隊は、ギルバート諸島やジャルート環礁などを空襲した。これは日本軍の航空部隊や地上施設に相当な打撃を与えた。タラワとマキンの陸上では上陸作戦が行われ、タラワ地上戦とマキン地上戦が始まった。地上戦の援護のため、アメリカ軍は22日と23日も、空母搭載機及びB-24爆撃機により、周辺各地の日本軍航空基地を攻撃した。
これに対する日本軍も、連合国軍が中部太平洋方面で反攻作戦に出てくることを想定していた。日本の連合艦隊司令部は、千島列島から南鳥島(マーカス)、ウェーク島、ギルバート諸島など太平洋正面で連合国軍が反攻作戦に出てきた場合に備え、基地航空部隊と機動部隊、潜水艦などの全力を挙げて迎撃する計画を立て、「Z作戦」と命名していた。
ギルバート諸島方面の基地航空部隊としては、タラワ飛行場のほかクェゼリン環礁など周辺島嶼に、第22航空戦隊が配置された。1943年(昭和18年)9月18日-20日にギルバート諸島とナウルの各基地がアメリカ海軍機動部隊(「レキシントンII」「プリンストン」「ベロー・ウッド」)の空襲を受けて、航空機13機以上が地上撃破されるなどの損害を受けたものの、同年11月1日の時点で戦闘機30機・陸上攻撃機(陸攻)40機・艦上爆撃機18機・水上機20機の計108機の兵力を擁していた。
戦史叢書を執筆した佐藤百太郎大尉は、日本側の現地部隊戦果報告を総合すると同戦闘で少なくとも空母だけでも8隻撃沈したことになるが、アメリカ側の記録ではこの期間における艦艇の被害は一隻もなく言及すらされていないこともあるとし、また根拠は不明だが、この報告を受けた日本側の上級司令部や大本営がこの戦果報告をなんの疑念もなく情勢判断の材料とし、大本営発表として公表し、終戦まで信じていたともしている。
これに対して、大本営軍令部作戦部長だった中沢佑少将の説明によれば、ギルバート諸島沖航空戦やブーゲンビル島沖航空戦における大戦果に関し、当時、連合艦隊司令部の報告から不確実を削除し、同司令部に戦果確認に一層配慮するように注意喚起していたが、同司令部より「大本営は、いかなる根拠をもって連合艦隊の報告した戦果を削除したのか」と強い抗議電が連合艦隊参謀長名(福留繁中将)で打電され、結局反論できず、うやむやになったという。中沢によれば、かかる福留中将の抗議のため、1944年10月に福留中将が第二航空艦隊司令長官として実施した台湾沖航空戦でも誤認戦果をそのまま報じることになったという。また、連合艦隊の報告に対し、情報担当の軍令部五課は戦果はほぼ無いと判断しており、中沢はこの経験から作戦部に現地戦果の三分の一が実際の戦果と考えるように指導したと戦後に述べている。堀栄三陸軍少佐は、薄暮攻撃などで視界不良だったことや、攻撃隊の報告の精査が不十分だったことを原因とする誤認戦果と推測していたという。