◇作战实力◇
马里亚纳海战美日双方军事力量对比
航空母舰 驱逐舰 巡洋舰 飞机
美国 15艘 54艘 15艘 894架
日本 9艘 22艘 — 498架
◇战场对决◇
小泽舰队对美军舰队的攻击
从中途岛战斗的经验来看，对敌人的舰队展开搜索，从而发现敌舰队的位置、动向这是非常关键的。为此，小泽舰队18日就派出了42架侦察机进行搜索，并且加上马里亚那方面的情报，在与第五舰队保持距离的同时又获得了充分肯定的情报。
20架日机突破重围，14架接着又被美军第7支队的防空炮火击落，当时有一架天山鱼雷机撞在了战斗舰“印第安纳”号水线附近，但是鱼雷并没有发生爆炸；另外还有6架慧星俯冲轰炸机在正午时分对美军第2支队进行了攻击，一枚炸弹在“胡蜂”号上空发生爆炸，两枚炸弹在“碉堡山”号近处的海中爆炸，两艘舰船都受到了轻微的损失。而第3支队同时也遭到了几架鱼雷机的攻击，“企业”号成功躲避一枚鱼雷，日军其它飞机则被美国防空炮火打退。
虽然第58特遣舰队的舰载机也取得了对日本舰载机的压倒性胜利，可是至始至终都没有发现小泽舰队。
美军潜艇部队的表演
当第58特遣舰队面对小泽舰队攻击却没能够进行反击的时候，美军的潜艇部队则扮演了水下杀手的重要角色。
正当19日8时美日舰载机还没有遭遇之前，潜舰“大青花鱼”号在潜航的时候就发现了小泽舰队的甲队，而且攻击目标也落在了日军船阵中最大的“大凤”号航空母舰。上午9时“大青花鱼”号正要对“大凤”号发射鱼雷时，却被日军的水面舰艇发现，并且遭到了攻击，又加上潜艇当时的瞄准镜出现了故障，所以只能盲目发射出了6枚鱼雷之后下潜逃离。
到了中午时分，美军有名的“棘鳍”号潜舰同样也进入了小泽舰队的甲队舰群中，当时“翔鹤”号航空母舰因为正在进行收回飞机的作业，所以无法机动规避鱼雷攻击，“棘鳍”号发射的6枚鱼雷至少有3枚命中“翔鹤”号，一下子让“翔鹤”号失去了战斗力，并且在当日14：32分沉没。
而在此之前遭受到鱼雷命中的另一艘航空母舰“大凤”号，由于油气自管内外泄，弥漫了整个航空母舰的舰体。到了下午三时，因为油气的浓度过高，再加上舰内人员的不慎引起了火花，让舰内燃起大火，同时引爆了弹药库，一下子让“大凤”号腹部接二连三地发生了大爆炸，使小泽不得不放弃自己的旗舰“大凤”号，而移乘重巡洋舰“羽黑”号离开，但是“羽黑”号的通讯设施远远不具备担任旗舰的能力。同时由于移乘也造成了暂时的混乱，同日18：28分，“大凤”号也和“翔鹤”号一样，沉没在了菲律宾海。
日本舰载机飞向马里亚那
正当小泽损失了自己的两艘大型航空母舰的时候，日本舰载机正飞向马里亚那去攻击美军，可是，日方的第三波机群总计47架飞机并没有顺利找到目标，在返航途中于12时55分与第7支队发生了接触，还有一些日军飞机曾经飞到了第4支队上空，可是没有取得任何战果，而且还有7架日机被击落。
到了20日上午，小泽再一次移乘到了所在的甲队唯一剩余的航空母舰“瑞鹤”号，此时由于通讯设备改善，下午1时小泽终于得知前一天空战的结果，由于大量舰载机受到损失，小泽仅剩百余架飞机可以出击，即使是这样，小泽仍打算协同陆基航空队对美军再进行一次打击，就在小泽正决断之时，前卫舰队司令栗田自旗舰“爱宕”号重巡洋舰向小泽通报：“美第58特遣舰队向己方逼近，距离已不到300海里。”
航空母舰“瑞鹤”号
20日15：40分，“企业”号的一架侦察机发现了小泽的舰队，这是海战开战以来，第五舰队第一次发现一直躲藏在侦察距离外的日军舰队。可是时机却极为尴尬，因为双方舰队距离275海里，第58特遣舰队如果发动进攻就必须让舰载机面临危险，进行夜间降落。
米契尔虽然左右为难，但是为了不遗失战机，依旧发下唯一有可能的指令：“出击！”16：21分第58特遣舰队第1、2、3支总共派出了216架飞机发起了进攻，启动这场海战中第五舰队唯一一次的攻势。
16：15分日军也发现了美军舰队，17：25分甲队唯一的航空母舰“瑞鹤”号出动了7架鱼雷机进行攻击，前卫部队的栗田中将也因为收到夜战命令而向东行进，但是日军还是慢了一步，美军飞机已经率先赶到了日舰的上空，开始对日舰进行攻击。
被美机发现之后，小泽下令舰队向西北各自高速逃脱，甚至还抛弃了补给舰队。18：40分，美机抵达补给舰队的上空，重创了两艘油轮，两舰后来都被迫自沉。
双方在海洋上激战
随后一心想找到日本航空母舰的美机群飞到了日本舰队的上空，在日落前就匆忙展开了攻击。中型航空母舰“飞鹰”号被一枚鱼雷击中，引发大火，2小时之后沉没，而“隼鹰”、“龙凤”、“千代田”、“瑞鹤”、“伊势”、“摩耶”也都相继被炸弹击伤，其中小泽的旗舰“瑞鹤”最为严重。
美军飞机的悲惨结局
20时45分，大批燃料即将耗尽的美军飞机在夜色中回到了舰队上空。虽然当时米契尔下令整个舰队不惜冒着被日军潜艇攻击的危险