11時50分，6架日軍“彗星”式艦載俯衝轟炸機突破被美軍戰鬥機封鎖的空戰區域，向西撲向蒙哥馬利海軍少將的第二航母特混大隊。其中4架對“黃蜂號”航母扔下4枚炸彈，均未直接命中，隻有一枚炸彈在“黃蜂號”上方爆炸，引燃了飛行甲板上的一些燃燒彈，造成一場小火災。
另外兩架向“邦克山號”航母急劇俯衝，投下了兩枚近失彈。炸彈在水中爆炸，彈片擊穿了飛機升降機和附近的艦體，引起幾處火災，但立刻被撲滅了。日第二攻擊波的128架艦載機損失非常慘重，隻有28架飛機返回了母艦。
第二攻擊波離艦半小時以後，日軍第一機動部隊第二大隊的“鷹隼號”、“龍鳳號”出動艦載機組成了第三攻擊波，但由於飛行員大多訓練不足，造成迷航，隻有13架“零”式戰鬥機、9架“零”式戰鬥轟炸機和9架“天山”魚雷攻擊隊形成了攻擊力量。唯一的戰果是在“埃塞克斯號”航母90米處投下一枚近失彈，自己卻反而丟了幾架飛機。
正當日軍第二攻擊波的艦載機一架一架飛去與美艦隊較量時，它們的母艦也快大禍臨頭了。站在甲板上揮手向艦載機告別的水兵突然驚恐地發現一架潛望鏡在洶湧的海麵上劃開“人”字形浪尾，向“大風號”逼近，並不失時機地在右舷前方5000多米處采用大扇麵射擊角度，接連發射了6枚魚雷。
魚雷吐著氣泡，冒著一縷輕煙直奔“大風號”而來，隻見最後一架飛出甲板的“彗星”式俯衝轟炸機一個右急拐彎，俯下機頭衝向飛躥而來的魚雷，企圖將魚雷撞爆，可是奇跡終歸沒有發生。
眼看高速航進的“大風號”將5枚魚雷都甩到了艦後，但是終沒能躲過射向艦首的第六枚魚雷，魚雷無情地將右舷前部升降機處炸開一個大洞。
“大風號”不愧是集日本海軍造船精粹的裝甲航母，右舷大洞被艦員們用飯桌、木板等堵住後又恢複了戰鬥航行。但不久，婆羅洲的高揮發性原油幫了美軍的大忙，魚雷爆炸後造成前部燃料艙和加油管道破損，大量刺激性有毒燃油蒸汽開始彌漫整個“大風號”。
14時30分，中雷後又堅持了6個多小時的“大風號”終於發生了驚天動地的大爆炸，繼而艦內全部停電，火勢越燒越旺，裝甲飛行甲板上下彎曲，嚴重變形，小澤司令長官不得不下令棄艦轉移，將艦隊司令部移至“羽黑號”重巡洋艦。不一會兒，“大風號”便悄然消失在海底。
禍不單行，從菲律賓海域一直尾隨跟蹤小澤艦隊而來的美軍潛艇“刺鰭號”，繼“大青花魚號”擊中“大風號”後，盯上了日本“翔鶴號”航空母艦。
“翔鶴號”能載機96架，是參加過奇襲珍珠港及珊瑚海海戰的老艦。負責保護這艘航母的日軍驅逐艦裝備的水下聲呐裝置十分落後，碰上這樣大規模的艦隊機動作戰，根本捕捉不到美軍潛艇移動時微小的聲波變化。
“速來領取戰鬥口糧！”已是接近中午，“翔鶴號”喇叭開始提醒忙碌的艦員們。
突然，廣播員的聲音陡然變得急促而不安：“反潛警戒！”可是已經來不及了，“刺鰭號”在右舷前方隻有1500米處射出了魚雷，海麵上立刻出現6條白色航跡，直驅“翔鶴號”。
3枚魚雷直接命中右舷，巨爆聲此起彼伏，海水大量湧入艦體，艦體嚴重失去平衡。兩小時後，1271名艦員和飛行員隨同“翔鶴號”一同葬身於馬裏亞納海。
戰功卓著的“刺鰭號”也不輕鬆，日軍驅逐艦對它進行了長達3個小時的追擊，投放了105枚深水炸彈。走運的美國潛艇隻是負了點輕傷，逃到了已被占領的塞班島海岸。
“翔鶴號”、“大風號”中彈後，小澤依然組織起第四攻擊波，82架艦載機分別從艦隊剩下的“瑞鶴號”、“隼鷹號”、“飛鷹號”、“龍鳳號”上出發。
但是，日機都未能直接找到美艦位置。
一隊已準備飛向羅塔島的日機途中碰巧發現了正在回收飛機的“大黃蜂號”和“邦克山號”，覺得有機可乘，可結果隻有一枚炸彈命中，給“邦克山號”造成輕微損傷，而機群則大部被殲。
另一隊失去目標的日機扔掉炸彈後，準備在關島機場彈痕累累的跑道上強行著陸，卻被“惡婦”式戰鬥機逮住機會，49架艦載機30架被擊落，其餘全部毀傷。
1944年6月19日的海空大戰告一段落，轉移到“羽黑號”重巡洋艦上的小澤起初聽信返航飛行員誇大其辭的報告，確信第58特混艦隊已經受到重創，遂命令第二天黎明時分再度實施航空突擊，以求決戰。
當他查明430架艦載機隻剩下了100架時，才意識到自己損失慘重，而且取得的戰果也並非那麼樂觀。當天夜晚，小澤決定機動部隊暫向西北方向撤退，準備邊補給燃料邊休整，擬在22日再與美艦隊決一死戰。