得到這些情報後，小澤立即製定了出擊計劃。他自恃日本經過改進的轟炸機和魚雷機已成功地將作戰半徑延伸到400海裏，他還知道美國人的各種類型飛機由於“惡婦”式戰鬥機續航力的限製，僅能在220~280海裏的範圍內作戰。因此，小澤決定從380海裏的距離上實施第一次進攻，給美艦隊以先發製人的打擊。然後，乘美艦隊混亂之機，再發起200海裏乃至250海裏的攻擊。這就是小澤自己為之得意的新“外圍殲擊”戰術。另外，小澤還把取勝的希望寄托於關島等處的日本機場和岸基飛機上，其實這些飛機根本不可能幫上他的忙。
盡管小澤還不知道大部分岸基飛機已被美國人的戰機所摧毀，但當時整個形勢對日本人來說還是比較有利的。因為當時發現的美艦隊與小澤艦隊前衛相距約為300海裏，與小澤主力相距約為400海裏，這正是小澤中將夢寐以求的先發製人的理想打擊距離。更令小澤慶幸的是，由於美國人的偵察機巡邏半徑比較小，美方至今還沒有發現小澤艦隊！
在這千鈞一發的關鍵時刻，小澤海軍中將一聲令下，日航空母艦立即逆風向行駛，甲板上飛機的引擎瞬間即發出雷鳴般的轟鳴，決戰的時刻終於來到了！
戰鬥進程按照小澤中將的作戰計劃順利展開：清晨7時30分，經過充分準備的第一攻擊波龐大機群的引擎發出了震耳欲聾的巨響，129架飛機，其中包括戰鬥機48架、轟炸機54架、魚雷攻擊機27架，從航空母艦飛行甲板上騰空而起，向美艦撲去。緊接著，第2航空母艦戰隊和第3航空母艦戰隊的30架戰鬥機、15架轟炸機和72架俯衝轟炸機，共計117架飛機也不失時機地咆哮著升空。
就這樣，第一攻擊波由246架各型戰機組成的龐大機群，殺氣衝天地向美艦隊殺來。上午10點整，第2攻擊波的82架飛機（戰鬥機20架、轟炸機36架、俯衝轟炸機26架）又呼嘯著升空，再次向美艦隊衝去。11時10分，第3攻擊波的69架攻擊機又開始了向美艦隊的第3次衝擊。
小澤中將幾乎是孤注一擲地先後射出的3支“利箭”，共有近400架飛機組成，真可謂規模空前。當首批飛機全部起飛後，旗艦上的小澤司令官、吉村參謀長等人人麵帶喜色，確信好久沒有舉杯祝賀的機會終於又要來到了。艦橋上的人似乎毫不懷疑，這必將是日本帝國海軍有曆史意義的一天，也許是又一次對馬海戰。
然而，有一點卻是小澤海軍中將所萬萬沒有想到的。這就是美國人新近裝備的先進雷達，使小澤那近乎天衣無縫的“外圍殲擊”戰術完全化為泡影。
上午10時左右，當日機第一攻擊波的246架飛機漸漸飛到距美航空母艦編隊150海裏位置時，“列克星頓”號航空母艦上不停轉動的雷達熒光屏上便出現了一片密密麻麻的亮點。
“正西150海裏處，發現敵攻擊機群！”雷達操作員立即報告。
米切爾海軍中將盼望已久的與日航空母艦決戰的時刻終於如願到來了。他立即下令出擊，300多架美艦載戰鬥機緊急起飛，前往迎敵。不一會兒，在距美艦隊70海裏的西部海空，日美雙方爆發了舉世矚目的大空戰，馬裏亞納海空戰正式爆發了。
美軍方麵率首批戰鬥機前往迎擊的是查爾斯·布魯爾少校，隻見他一馬當先，11名部下緊緊跟上來，一架接一架朝敵機飛去。布魯爾少校首開記錄，他一開炮就使1架“零”式機淩空開花，當這架日機的碎片還沒有墜落到大海時，布魯爾又打斷了另1架日機的機翼，爾後他又巧妙地甩掉1架“零”式機並把它打得起了火。