18時23分，美機發現海麵上的日軍油船；18時30分，終於發現了龐大的小澤艦隊。該艦隊有6艘航空母艦、4艘戰列艦、11艘巡洋艦和22艘驅逐艦，分為3路縱隊，每路縱隊間隔10海裏，艦尾部劃出的白色航跡給美機指明了攻擊的目標。
“首先攻擊敵航空母艦！”空中指揮官命令道。美各型戰機迅速進入攻擊航向，美4Ｂ“複仇者”式魚雷機開始降低高度，3BD“無畏”式俯衝轟炸機開始爬高，隻有“惡婦”式戰鬥機仍保持原先的飛行高度，整個美攻擊機群形成立體攻勢，就像一陣龍卷風般襲向日艦。
小澤見狀，趕緊下令所有的艦載機全部升空迎戰。雖說是全部，但也隻是很勉強地拚湊了75架飛機。這點可憐的兵力又怎麼能夠阻擋得了強大的美攻擊機群呢！小澤的心中非常不安。
隻見天空中美“惡婦”式戰鬥機就像老鷹捉小雞似的衝向日機，將這些倒黴的日機一架接一架地打落海中。“複仇者”式魚雷攻擊機冒著日艦幾乎呈齊射狀態的高射炮火，開始投雷，一條條魚雷在光線很暗的海麵上高速向日航空母艦衝去。俯衝轟炸機如餓虎撲食，在夕陽的餘暉下冒死攻擊，冰雹般的高爆炸彈淩空而下，在海麵上掀起森林般的衝天水柱。
日本“飛鷹”號航空母艦在炸彈和魚雷的聯合攻擊下，艦麵騰起熊熊大火，很快就搖擺著巨大的身子一頭紮入海底；“瑞鶴”號航空母艦、“隼鷹”號航空母艦和“千代田”號航空母艦也分別被雷彈打得傷痕累累，艦身嚴重損壞。激戰中，小澤又損失了65架飛機。
另外，美部分俯衝轟炸機誤將跟在航母後麵的2艘油輪當作航空母艦，對其進行了猛烈的俯衝攻擊，500公斤炸彈就像冰雹般地砸向日油輪，僅兩三分鍾，2艘油輪先後爆炸起火，瞬間即沉入大海。
5.樂極生悲
19時，空戰結束。當時天空既沒有月亮，也沒有星星。
返航的漫長旅程對美飛行員來說猶如噩夢一般，飛行員一個接一個地報告燃料即將用完。
20時15分，美機在暗夜之中總算返回了自己的“家”。可為了防止日機和日潛艇的襲擊，美特混艦隊實行嚴格的燈火管製，“家”中一片漆黑。正如米切爾所預料的，當這些美機飛回的時候天已全黑，隻有少數技術嫻熟的飛行員在黑暗的甲板上順利降落。此時，在航空母艦上的人可以清楚地聽到飛機在頭頂上盤旋；可大多數飛行員隻能辨認出軍艦的航跡，根本認不出哪一艘是航空母艦。有的飛機打開了紅色和綠色識別燈，發動機喘著粗氣，發出燃油耗盡時的那種劈劈啪啪的響聲。
派這些飛行員出擊本來就是一個冒險的大膽決定，此時，米切爾又作出了另一個大膽的決定：他命令所有航空母艦全部開燈。
刹那間，所有的航空母艦都打開了紅色桅杆燈，飛行甲板上燈火輝煌，探照燈光柱刺破了夜空，將這片海區裝點得猶如美國的狂歡節，從空中觀看又像神話中的世界。一位飛行員說：這種場麵猶如“好萊塢的彩排、中國的春節和美國獨立紀念日趕到一起了”。
然而，更確切地說，這真是一場狂歡中的悲劇：這些天之驕子們在燈光的指引下，本可以在任何一艘它們發現的航空母艦上降落。但由於大多數飛機的燃油已經耗盡，飛行員急於降落，一發現他們盼望已久的美妙燈光，就蜂擁著朝甲板飛來。結果發生了一連串的衝撞爆炸事故，不少飛機一架接一架地掉到海裏。有一架飛機在降落時撞在前麵已降落的飛機上，還有一架飛機甚至把一艘驅逐艦的桅杆燈當成了引導信號，幹淨利落地降落在驅逐艦旁邊的海麵上……