8月23日早晨，弗萊徹海軍中將指揮的美第61特混艦隊整裝齊員，遊弋於距亨德森機場150海裏的洋麵。這支實力強大的航母編隊由三股海上航空作戰兵力組成：一是弗萊徹直接指揮的以“薩拉托加”號航空母艦為首、2艘巡洋艦和5艘驅逐艦護航的第11特混大隊；二是由金凱德海軍少將指揮的以“企業”號航空母艦為首、2艘巡洋艦和6艘驅逐艦護艦的第16特混大隊；三是諾伊斯海軍少將指揮的以“黃蜂”號航空母艦為主的第18特混艦隊。當偵察機發現田中的日軍登陸編隊時，弗萊徹接電後馬上行動起來，決心痛殲這股弱敵。31架俯衝轟炸機和6架魚雷機呼嘯著飛往目標區域，一個半小時後，亨德森機場也飛出23架轟炸機趕去助戰。可是，當美空襲機群飛抵時，令飛行員們大為掃興的是，隻見海麵茫茫一片，日艦船隊早已無影無蹤，搜索一陣後仍一無所獲，隻得在黃昏時刻悻悻而返。原來，狡猾的田中見自己被美偵察機發現，頓感事態不妙，為確保船隊安全，即令船隊全速轉向，規避到美軍攻擊機的作戰半徑之外。這時，跟在田中後麵行進的近藤航母編隊也隨之轉向，以暫避美機的鋒芒。由於幾批美機都沒有發現日艦隊，因此美太平洋艦隊情報部門認為：日軍的航空母艦必定還遠在特魯克一帶。弗萊徹也斷言：“在最近的幾天內不會發生大的戰鬥。”於是，弗萊徹便放心地讓“黃蜂”號航空母艦特混大隊返回南方補充燃料去了。
8月24日拂曉，日艦隊從黑雲密布的海域駛出，向南航行。9時，田中的登陸編隊位於瓜島以北250海裏處。近藤海軍中將率領的“翔鶴”號和“瑞鶴”號航空母艦為掩護田中編隊的翼側，在其東麵40海裏航進。在近藤部隊的前方是以輕型航空母艦“龍驤”號為首的第三編隊，“龍驤”號的任務是以艦載機壓製亨德森機場。9時5分，一架美軍水上飛機發現了日軍輕型航空母艦，並立即發回報告：“第61特混艦隊西北280海裏，發現敵航空母艦1艘、巡洋艦1艘、驅逐艦2艘。”弗萊徹聞訊後非常吃驚，因為要同兵力不明的日艦隊發生海戰，他眼下所能使用的航空兵力隻有2艘航空母艦。弗萊徹決定展開先發製人的攻擊，命令30架俯衝轟炸機和8架魚雷機去襲擊被發現的日軍航母，同時為使自己的艦隊免遭日機的攻擊，讓“企業”號和“薩拉托加”號上的53架“野貓”式戰鬥機全部擔任空中掩護。下午3時左右，美機群開始圍剿飛行甲板上已空無一機的“龍驤”號，俯衝轟炸機抓住了有利的攻擊時機，從高空飛撲下來，刹那間就有4顆炸彈在敵艦上炸開了花，與此同時美魚雷機隊轉入協同攻擊，從目標前方兩麵夾擊，在60米高度、800米距離果斷投雷，“龍驤”號被命中後立刻籠罩於大火與濃煙之中，轉眼的功夫，輕型航母已不可救藥，難逃覆亡的命運。
就在弗萊徹令攻擊機群出發後不久，美偵察機又發來了一連串不祥的情報，“在日輕型航空母艦東北60海裏，又有一艘日軍大型航空母艦”，“發現2艘敵大型航空母艦，方位340度，距離230海裏，時間14時30分”，“14時40分，發現日軍4艘巡洋艦和多艘驅逐艦，方位347度，距離225海裏”。弗萊徹欲令那批已前往攻擊“龍驤”號的美機中途轉向，去攻擊新發現的日軍2艘大型航空母艦，但苦於通訊聯絡極不通暢，隻好組織現有兵力應戰。他讓“企業”號特混大隊司令金凱德負責指揮戰鬥機阻截敵機，並下令“薩拉托加”號特混大隊與“企業”號分離，兩艦群相隔10海裏，以分散日機的突擊力量。16時剛過，“企業”號上的雷達發現日機群正從北麵接近，弗萊徹急忙讓2艘航母上所有的轟炸機和魚雷機起飛，對日本航空母艦實施反攻擊。53架“野貓”式戰鬥機在距離“企業”號25海裏的濃雲密霧中擺開了陣勢，與日機展開了殘酷的空中格鬥。美機勇敢的衝擊，打亂了日機群隊形，日機在進入轟炸航線前，就被擊落了6架。