依據大量的情報來看，斯普魯恩斯確認日軍支援馬裏亞納的企圖，由於雙方艦隊18日就可能相遇，於是斯普魯恩斯推遲登陸關島的日程，17日召回航空兵第一與第四支隊，並從特納的聯合遠征軍艦隊抽出8艘巡洋艦、21艘驅逐艦來強化第五十八特遣艦隊的兵力，聯合遠征軍的登陸艦隊則先開往東方海域避風頭，第五十八特遣艦隊則準備與日艦隊接戰。潛艇的大量情報使斯普魯恩斯以為日本至少動用兩支艦隊，一支先誘開第五十八特遣艦隊，另一支趁機攻擊塞班島的美軍登陸部隊。於是斯普魯恩斯下令確切掌握日本艦隊位置之前，第五十八特遣艦隊不得遠離塞班島，此舉後來被認為是過於保守。
18日中午，第五十八特遣艦隊集結完畢，斯普魯恩斯移交戰役指揮權給第五十八特遣艦隊指揮官馬克·米切爾中將。隨後其全部5個特遣群共15艘航空母艦擺開陣勢，其中以7艘戰列艦（其中有2艘世界最強的衣阿華級戰列艦）為主的第七支隊擺在日本艦隊與4個航艦特遣群之間，以防日本水麵艦隊接近美國航空母艦。除掩護第七支隊的第四支隊航空母艦外，其餘第一、二、三支隊皆部署在戰艦艦隊後方展開，擋在塞班島西側，隨時迎接日軍攻擊的到來。
15日晚6時，被美國潛艇“飛魚”號於聖貝納迪諾海峽發現的即是日本艦隊主力——由小澤指揮的第一機動艦隊，而15日晚上7時被美國潛艇“海馬”號發現的另一支日本艦隊就是先前參與“渾號作戰”計劃的第一機動艦隊另一部分兵力，他們在截獲“阿”作戰計劃命令後立刻終止“渾號作戰”，趕赴北方與小澤會合。第一機動艦隊共有9艘航空母艦，搭載400餘架飛機，艦隊還有5艘戰列艦（包括兩艘世界最大的大和級戰列艦），分為由小澤親自率領的甲隊、城島高次海軍少將的乙隊，以及在稍後雷伊泰灣海戰中帶領主力艦隊的栗田健男中將所率領的前衛艦隊。
小澤並未如同斯普魯恩斯所設想采取分兵合擊策略，而是打算利用日本在關島、羅塔島等地設有航空基地的地利之便，將艦隊部署在美國艦載機打擊半徑以外。同時，日本艦載機起飛攻擊美艦隊，在穿越美軍艦隊後，飛行至羅塔島與關島等地降落加油掛彈準備下一波攻擊，實施所謂的“穿梭轟炸”。這樣可以大大延長日本艦載機的打擊範圍，而美國艦隊則無法攻擊日本艦隊。同時，小澤也寄望角田的岸基飛機助他一臂之力，抵消美國艦載機的數量優勢，可是馬裏亞納群島的日本守軍指揮齊藤義次隱瞞美國艦載機已重創角田航空隊的事實，未告知小澤真實情形，使他無法掌握與美方的實力對比。
隨著小澤艦隊進入菲律賓海，雙方艦隊發覺彼此的存在後，這場史上最大的航空母艦的對決與艦載機空戰，即將拉開序幕。
“火雞大捕殺”
由於馬裏亞納群島的幾大島麵積都比較大，日軍防禦兵力有數萬之眾，美軍必須投入優勢兵力，實施寬正麵登陸，以求迅速推進。這就對後勤運輸提出了很高的要求，馬裏亞納距離美軍在中太平洋上最西麵的基地埃尼威托克有1000海裏，距離珍珠港3500海裏，距離美國本土5000海裏，後勤補給線非常漫長，運輸船一年中隻能往返兩次，也就無法進行往返運輸。而與此同時，歐洲的盟軍也在組織諾曼底登陸，短期內不可能向太平洋戰區調集更多船隻。因此，美軍參戰部隊必須全部集結在馬裏亞納海域，但缺乏足夠的登陸艇和兩棲履帶車，無法同時組織部隊在幾個島上實施登陸，隻得先奪取塞班島，再攻提尼安島和關島。這樣在美軍攻打塞班島時，提尼安島和關島的日軍極可能乘機加強防禦，所以，迅速攻占塞班島是此戰的關鍵。
美軍對於馬裏亞納群島的情況除關島外，知之甚少，而對日軍的設防情況，更是一無所知。太平洋戰爭爆發後，美軍飛機從未到過該群島，直到1944年2月攻占埃尼威托克時，才出動航母編隊襲擊馬裏亞納諸島，攻擊機群中美軍特意派出了數架裝備最先進照相偵察器材的飛機，對馬裏亞納群島進行了係統的照相偵察，這才掌握了日軍在這些島嶼的防禦部署和機場情況，還將適合登陸的海灘完整地拍攝下來，為登陸作戰提供了翔實而可靠的依據。
為了取得這次關鍵戰役的勝利，美日雙方都投入了大量的兵力。其中日本海軍集中了9艘航空母艦、5艘戰列艦、14艘巡洋艦和31艘驅逐艦組成空前規模的第一機動艦隊，並且擁有艦載機360架及岸基飛機240架，統一由小澤治三郎指揮。米切爾指揮的美軍特混艦隊擁有15艘航空母艦、7艘戰列艦、24艘巡洋艦、74艘驅逐艦和包括35艘潛艇在內的600餘艘艦艇，共有航母艦載機891架，飛機2000架，地麵部隊四個師又一個旅，共15萬人。