但斯普鲁恩斯仍一如以往谨慎，不以歼灭日本舰队而以掩护赛班为重，下令第58特遣舰队西进，晚上便回撤，不得离开能支持塞班的距离，采取保守防御的态度。复制本地址浏览％77％77％77％2e％62％78％73％2e％63％63
小泽也很清楚，这次增援，首先要做的，就是避开盟军的侦察，他让舰队分成两路，其中主力舰队后一步的前往，在他看来，这样还可以设个套给盟军钻。
没想到以防御为主的盟军舰队，并没有上当，不过小泽的舰队主力，也骗过了盟军的侦察机。
到了马里亚纳，小泽首先派出43架侦察机，希望能清楚掌握盟军舰队动向。
此时斯普鲁恩斯仍不清楚小泽舰队位置，小泽则不但知道美军在哪里，也晓得美军已经进入日机攻击半径，但本身则还未进入美机打击范围。
而盟军方面，斯普鲁恩斯在未能掌握小泽舰队位置前，就先命令米契尔消灭在马里亚那已知的敌机力量，与小泽决战之前先解决这方面的敌人。
决定先以第五舰队已击垮了马里亚那的日本航空兵力，这里包括关岛、塞班岛等地的日军岸基部队。
这天，盟军出动上千架飞机，开启了11小时激烈空战的序幕，同时对关岛与罗塔岛的日军飞机压制，之后小泽舰队的飞机即使成功穿越美军舰队前往马里亚那，也会在降落时被美机重创。
不过，有着绝对优势的盟军，即使要先对付马里亚那方面，那些日军航空部队，他们的航空母舰飞行甲板上，仍保留足够飞机随时应变，对付小泽率领的机动舰队发起的进攻。
上午正当第五舰队不断搜寻小泽舰队行踪之际，小泽已于派出栗田前卫舰队的飞机共69架发动第一波攻击，从主力的甲队派出最大的一波攻势共128架作为第二波，自乙队派出47架飞机作第三波，随后，又从甲乙两队发出82架飞机作为当日上午最后一波，四波共326架，企图以大量的战机一举击破米契尔的空防。
第一波到达的日机被盟军战舰雷达发现，米契尔于10分钟内出动240架飞机，巧合的是，双方原本在遭遇时，盟军飞机应还无法爬升至日机高度，也就是说，这些盟军飞机得眼睁睁看着日机从其上方呼啸而过却无法拦截，但日机却浪费宝贵的10分钟对机群重新调整，使盟军有时间迅速爬升至与日机相同的高度，并以监听日机指挥官指令改变拦截战术。接下来，有着先手的日军反而落后，这些新手航空兵，训练都还不怎么过关，很多都没上过战场，在实战的情况下，一点失误就是致命的，何况浪费这么好的一次机会，小泽计划再好，执行不力，就注定这是日军的一场悲剧。双方飞机性能上，以f6f地狱猫式战斗机为主的盟军飞机，对上已显得落后的日本飞机进行拦截，日机主力零式战斗机太平洋战争初期所向披靡，可惜，这些飞机早就被盟军摸偷，很多老牌飞行员，对付这些飞机很有一套。f6f地狱猫战斗机，在内部结构与装备上，比起旧式f4f野猫(wildcat)更为先进，但外观上除了机体更大以外，却所差无几，故此也被戏称为“野猫的大哥”。f6f的设计特点亦是方便生产，及保持强稳机体结构。f6f原本采用莱特公司的r-2600引擎。但为了提升战斗力，格鲁门决意要为f6f作进一步的改进，以改变零式在太平洋的主导地位，这款飞机，也可以说是美国人专门为了对付零时而设计改装的。当时，格鲁门为f6f装上了普惠公司r-2800引擎，马力提升到2000，整体动力提升了25％。，而r-2800的星型引擎(radialengine)设计，也确保任一气缸被击中后，仍可透过其他气缸运作保持飞行。再加上驾驶舱的防护装甲共重212磅（96公斤），设有防弹玻璃，密封油箱与冷却器都装有护甲，令到f6f不易在战斗中受到攻击而漏油、严重损毁甚至失去动力，提升了受损飞机的回航率。f6f的基本武装也和f4u相同，都是6挺勃朗宁m2机枪。后来的改装令f6f能够挂载2，000磅炸弹，或者携带150加仑的附加油箱。机翼也可装上共6支5寸hvars火箭，攻击地面目标。相比f4f狭小而难以控制的起落架，f6f采用了液压起落架，增加灵活性及强度，并能令起落架呈90度直角，内折入机翼之内。机翼的布置偏底，令f6f在飞行甲板上降落更加稳定。
就这短短的几十分钟里，盟军后一步起飞的舰载机，反而一下取得了先手，并迅速压制了日军，随后不断升空的飞机数量取得优势之后，马上变成了一边倒的战斗。
战舰上，盟军使用新型防空炮弹—装有近炸引信的炮弹，此种炮弹可以侦测飞机是否进入其爆炸杀伤范围，一旦进入其爆炸杀伤范围即会引爆，效率为传统防空炮弹数倍，太平洋战争中期，盟军舰队基本使用这样的炮弹进行防空作战。
这样一来，即使冲过盟军战机拦截的日军轰炸机，想要攻击盟军舰队的难度加大。
短短这几十分钟，在盟军战机和战舰强大防空火炮之拦截下，日本第一波攻击机群损失42架，仅3、4架飞到第7支队上空并命中，没有一架能飞到盟军航母上空。只有三艘驱逐舰和一艘巡洋舰受伤，但都很轻微。一小时后，规模最大的日机第二攻击波再度被盟军战机拦截，这次日军更惨，上百架f6f战机围着技术欠佳、性能落伍的日机穷追猛打，演变成空中大屠杀，至少70架日机在这波拦截中被击落。当时，有位盟军飞行员在无线电通话中，兴奋的大呼“这多像古代猎杀火鸡的战场啊！”后来，盟军飞行员把这天的空战，命名为马利亚那射火鸡大赛(thegreatmarianasturkeyshoot)。
最后，只有20架日机突破重围，14架接着又被第7支队的防空炮火击落，一架天山鱼雷机撞在战斗舰印第安纳号水线附近，但鱼雷未爆炸；另有6架慧星俯冲轰炸机在正午时对第2支队展开攻击，一枚炸弹在胡蜂号上空爆炸，两枚炸弹在碉堡山号近处海中爆炸，两舰受损轻微。
第3支队遭受几架鱼雷机攻击，企业号躲掉一枚鱼雷，其它飞机则被盟军防空炮火打退。
总计第二波日机128架共折损97架，另外侥幸逃生的31架则返回小泽舰队，而盟军却几乎未受损失。虽然第58特遣舰队的舰载机取得对日本舰载机的压倒性胜利，可是始终未能发现小泽舰队并给予打击，当第58特遣舰队面对小泽舰队攻击而未能反击之际，盟军的潜艇部队扮演身为水下杀手的关键角色。正当双方舰载机还未遭遇前，潜舰大青花鱼号(ussalbacoress-218)潜航时发现了小泽舰队的甲队，盯上日军阵中最大的大凤号航空母舰。
这艘航母，也是日军最后的两艘大型航母。
上午9时大青花鱼号正要对大凤号发射鱼雷时，却被日军水面舰艇发现而被攻击，又加上潜艇瞄准镜故障，其只能盲目送出6枚鱼雷同时下潜逃离。一名日军飞行员不顾性命用自己与飞机档下其中一枚鱼雷，有一枚仍幸运的击中大凤号，由于该舰装甲雄厚，特别注重防御能力，因此一时并未造成很大的影响，但毕竟这艘航空母舰是针对太平洋战争初期盟军颇强的俯冲轰炸攻击而进行防护设计，水线下的舰身对鱼雷防护不足，这个隐忧会在之后显现出来。中午时分，盟军有名的棘鳍号潜舰(ussalbacoress-218)，同样闯入了小泽舰队的甲队舰群中，当时翔鹤号航空母舰因为正进行收回飞机的作业，无法机动规避鱼雷攻击，棘鳍号发射的6枚鱼雷至少有3枚命中翔鹤号，使翔鹤号立时失去战力，并在当日14：32分沉没。
翔鹤号的沉没，日军的士气打击非常大，而怎么也没有想到盟军竟然用潜艇来对他们航母追杀的日军，整个舰队都乱了套。
而先前遭鱼雷命中的另一艘航空母舰大凤，油气自管内外泄，弥漫了整个航空母舰的舰体，下午三时因为油气浓度过高，加上舰内人员不慎引起火花，使舰内燃起大火，同时引爆了弹药库，使大凤号腹部接二连三发生大爆炸，使小泽不得不放弃自己的旗舰大凤号。
移乘重巡洋舰羽黑离开，但其通讯设施远不足以担任旗舰的重要位置。
同时，由于移乘造成的混乱，小泽并未得知其飞行员悲惨的下场，还因为日军飞行员那自欺欺人的谎报，以为盟军舰队同样受到严重打击。同日傍晚，大凤号也随翔鹤号沉没。
正当小泽损失自己的两艘大型航空母舰时，日本舰载机还正飞向马里亚那去攻击盟军，日方第三波机群47架并未顺利找到目标，在返航途中于12时55分与第7支队接触，还有一些曾飞到第4支队上空，但都没有任何战果，共7架日机被击落，是当天日机攻势中损失最少、战果也最小的一波。第四波攻击机群于14时飞抵预定海面，也没发现盟军航母，便分成三路。第一路12架飞往罗塔岛途中发现第2支队，其中6架被f-6f击落，剩余6架投下至近弹击中胡蜂号与碉堡山号，造成再度对其轻微损伤。另18架来自瑞鹤的机群也被盟军抢先一步发现，马上进行攻击，损失9架。49架日机抛弃炸弹飞往关岛，被第58特遣舰队发现，便派出27架f-6f加以拦截。
盟军追击的部队并没有就此放过这队逃跑的日军，在这些飞机降落时发起突击，30架日机被当场击落，其余19架落地后也遭到严重破坏而报销。
总计第四波82架最后仅9架能升空再战。
当天战斗结束时，战役结果已大致分晓。
小泽舰队被美国潜舰击沉两艘大型航空母舰，派出的326架舰载机中仅130架返回日本航空母舰，加上角田在关岛折损的50架及随大凤、翔鹤沉没的飞机，日本总损失315架。
听到这个消息的小泽，差点晕过去，他怎么也不会想到，不但没有完成他既定计划，还损失惨重。
盟军方面，这次战役，取得了历史上最大舰载机空战的压倒性胜利，空战中仅仅损失23架，6架飞机在操作意外中损毁，此外仅有两艘航舰、两艘战斗舰受到轻微损伤。
原来准备增援塞班岛的一支日军舰队，如果不是机灵的回撤，差点被盟军追击。
第二天，第58特遣舰队白天不断派出侦察机，欲寻找日本舰队并歼灭之。
这次，日军突然消失了一般，原来，小泽当晚就下令舰队进行战术转移，盟军未成功探查到日舰的踪影。
到了下午三点左右，鉴于日军“分兵合击”的顾虑逐渐消除，斯普鲁恩斯终于准许米契尔第二天朝日本舰队前进。
鉴于飞行员已在白天的空战中消耗不少体力，米契尔并未在夜间派出侦察机，第三天的上午，盟军继续扩大侦查范围，可惜，一面西仍一无所获。
双方在大海上捉迷藏一般，斯普鲁恩斯认为日军舰队要么往东南方向，依靠关岛基地的岸基航空部队进行掩护，和盟军决战，要么就是往东，依靠菲律宾的机场。
不过这次斯普鲁恩斯算错了小泽的动向，这两天，小泽舰队转往西北，暂时避开跟第58特遣舰队的接触并进行加油。
小泽意图第二日再度派出其剩余百余架的舰载机，同时计划联合已飞往马里亚那机场加油添弹的舰载机，一同袭击盟军舰队。
当日下午，小泽再移乘其所在的甲队唯一剩余的航空母舰，此时由于通讯改善，到下午1时小泽终于得知全部空战的结果。
由于大量舰载机损失，如赌徒般输红了眼的小泽，在仅剩百余架飞机可以出击的情况下，不等不继续攻击，他很清楚，打到这个时候，主动还有一点点的机会，如果不主动出击，等盟军舰队调整完毕，发现他们位置，就是死路一条。
为此，小泽只能打出他最后的一张牌，就是他们剩下全部的岸基航空部队，对盟军进行一次死战。
前卫舰队司令栗田自旗舰爱宕重巡洋舰向小泽通报：美第58特遣舰队向己方逼近，距离已不到300海里。
15：40分面，企业号的一架侦察机发现小泽舰队，自海战展开30个小时以来，第五舰队终于首度发现一直躲藏在侦察距离外的敌舰队。
可时机却极为尴尬，因为双方舰队距离275海里，第58特遣舰队若发动进攻则将使其舰载机面临危险的夜间降落。
米契尔虽然左右为难，但为免坐失战机，依旧发下唯一有可能的指令：出击！16：21分第58特遣舰队第1、2、3支队（除掩护第7支队战斗舰的第4支队外）派出216架飞机进攻，启动这场海战中第五舰队唯一一次的攻势。
16：15分日军方面也发现盟军的舰队，17点25分甲队的航空母舰出动7架鱼雷机去攻击，前卫部队的栗田中将也因为收到夜战命令而向东进。
相比于日军，第五舰队航母的飞机已经先一步行动，就在日军舰载机准备起飞时，盟军就已经赶到开始攻击日军舰队。
被盟军飞机发现后，小泽下令舰队向西北各自高速逃脱，并抛弃补给舰队。
18：40分，美机抵达补给舰队上空，重创两艘油轮，两舰后来都被迫自沉。
随后一心想寻找日本航空母舰的盟军机群飞到日本舰队上空，日落前展开匆忙的攻击。
双方这样一追一逃，盟军追着日军舰队的屁股在炸，而盟军的舰队，也没有停留在原地，而是继续往前开，这样一来，日军派出来协助的岸基航空部队那一百多架飞机，等到指定位置时，盟军舰队影子都没有见到。在附近海域搜寻了几十里，日军飞机没有发现盟军的舰队主力，最后因为油料不够，只能返航。倒霉的是，在返航的路上，恰好碰到盟军的一个22架战机组成的护航编队，这些飞机同样是飞回航母的。
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