在空战开始之前，格林少校就根据乔治的命令，率领着座头鲸中队爬升到6000米高空云层里面进行隐蔽，当乔治指挥着美洲豹中队和日军飞机混战的时候，座头鲸中队趁机成功溜走，准备前往攻击日军航母。在飞往日军舰队途中，座头鲸中队和金凯德少将派出的第一波攻击机群不期而遇，两支美军机群于是合二为一，由“大黄蜂”号舰载机联队联队长彼得?鲁次海军中校统一指挥。
7点30分，鲁次中校率领着美军攻击机群成功地到达日军机动舰队空，这时候日军航母正在做着起飞舰载机的准备，不过南云忠一显然已经吸取了中途岛海战的教训，飞机和人员都显得井然有序、井井有条。负责警戒的“零”式战斗机分队很快就发现了在3000米空中向着日军舰队全速飞来的美军攻击机群，马如狼似虎地扑了过来。执行护航任务的架“野猫”式战斗机立刻前和“零”式战斗机进行纠缠，为美军轰炸机和鱼雷机创造突破攻击的机会。面对1:2的数量劣势，美军战斗机飞行员发扬出不畏牺牲的顽强精神，就算是挨了“零”式战斗机的子弹，也还是不顾一切地往前冲，为了掩护后面的军，机枪不断轰鸣着向迎头而来的16架“零”式战斗机进行疯狂扫射，简直就是一副摆明了同归于尽的打法，这让信奉武士道精神的小日本飞行员也不得不肃然起敬。
“野猫”式战斗机的奋战终于给轰炸机和鱼雷机创造了机会，尽管遭到日军战斗机的拦截，有2架“无畏”式轰炸机被击落，但是其他美军轰炸机和鱼雷机还是突破成功，向南云忠一的旗舰“翔鹤”号发起了攻击。在这之前，金凯德少将派出的侦察机里面，已经有2架“无畏”式轰炸机向日军机动舰队发起了攻击，他们不顾9架“零”式战斗机的拦截，勇敢地攻击了日军轻型航母“瑞凤”号，“瑞凤”号虽然迅速掉头规避，同时施放烟雾掩护自己，但还是被2枚炸弹成功命中。“瑞凤”号舰尾起火，飞行甲板也遭到破坏，幸亏当时航母面的舰载机大多已经起飞，否则后果不堪设想。
“翔鹤”号的护航舰只立刻展开猛烈的高射炮火保护旗舰，天空中布满了高射炮炮弹爆炸后产生的黑色花朵，死亡的阴影笼罩着奋不顾身的美军飞行员。“瑞鹤”号一边组织全部防空火力对空射击，一边全力进行规避，但是相比于美军舰队而言，小日本的防空组织水平和防空火力精度就要差很多，所以美军飞机最终还是成功地突破了“翔鹤”号高射炮火的拦截。这一次，“无畏”式轰炸机并没有采取常规的60－70度角的高空大角度俯冲轰炸，而是沿着“翔鹤”号的舰首方向进入，在200米的低空以20度的攻击角度实施轮番投弹。虽然刚开始的时候，“无畏”式轰炸机投下的几枚炸弹都没有命中目标，但是紧接着就有4枚炸弹连续命中“翔鹤”号飞行甲板中部，另外还有2枚炸弹命中舰尾升降机。强烈的爆炸撕碎了“翔鹤”号的飞行甲板，把航母的飞行跑道炸出了一个直径5米左右的大窟窿，摧毁了机库和附近的几门炮塔，把舰尾升降机炸得七扭八拐，幸好“翔鹤”号面的大部分舰载机都已经起飞，才没有造成更大的损害。猛烈的爆炸引起熊熊大火，火借风势开始席卷整个航母，美军飞行员从空中望去，“翔鹤”号就犹如一座岩浆喷涌的火山岛。“翔鹤”号的通讯系统遭到破坏，航速降至20节，南云忠一被迫把司令部转移到航母附近的“岚”号驱逐舰面，
“翔鹤”号舰长草山佑二海军大佐一边组织消防队员赶紧救火，一边指挥着航母试图躲进不远处的雷雨区里面进行隐蔽，然而美军的6架“复仇者”式鱼雷机这时候又从云层里面钻了出来，堵住了“翔鹤”号的退路。“复仇者”式鱼雷机几乎是贴着海浪向日军航母发射了鱼雷，2条鱼雷成功命中了“翔鹤”号的轮机舱。轮机长田岩信介海军兵曹长向草山佑二报告：“大佐阁下，电线和消防系统遭到破坏，轮机舱开始进水，主机已经停车，舰身倾斜度，该考虑弃舰了！”
“不行，现在还不到时候，”草山佑二断然拒绝道，“我马给‘铃谷’号巡洋舰发信号，让它向我们靠拢，实在不行就拖着我们走好了。”
“翔鹤”号漂浮在海面动弹不得，正好成为了美军第二波攻击机群的活靶子。10分钟之后，美军第二攻击波的3架“无畏”式轰炸机、架“复仇者”式鱼雷机、架“野猫”式战斗机，飞临“翔鹤”号空进行轮番攻击，又有1枚炸弹和3条鱼雷成功命中已经几乎是静止状态的“翔鹤”号。小日本航母面顿时响起了一阵此起彼伏、惊天动地的爆炸声，美军飞行员估计是大火引爆了“翔鹤”号的弹药舱。
“铃谷”号巡洋舰冒着美军飞机的狂轰滥炸前来救援，“翔鹤”号幸存的高射炮，也在垂死挣扎地继续进行对空射击。美军飞机于是开始转而攻击“铃谷”号，1枚炸弹和2条鱼雷成功命中目标并且将其击沉，而旁边的“翔鹤”号这时候也已经开始缓缓下沉，美军飞行员这才心满意足地离开。
金凯德少将派出的第三波攻击机群没有发现日军航母踪影，于是转而攻击了日军“雾岛”号战列舰和“筑摩”号巡洋舰，将“筑摩”号击伤。
南云忠一派出的第一波攻击机群被仙人掌航空队和特混舰队舰载机联手成功拦截之后，第二波攻击机群于点钟到达特混舰队空，对“企业”号发动了攻击，但是“企业”号和旁边护航的“南达科他”号战列舰都装备有大量新式的四联装40毫米机关炮，并且使用了最新式的对飞机具有极大杀伤力的VT近炸引信炮弹，这种炮弹的特点是引信不接触目标就能够直接爆炸，没有延迟时间和触发机构，完全依靠炮弹自身内部的敏感装置来感应目标的存在、速度、距离、方向，在距离目标一定距离的时候就可以爆炸，这样就大幅度地提高了美军高射炮对空中目标的毁伤概率和毁伤效果，并且大大地减少了弹药的消耗量。
从“翔鹤”号起飞的日军九九式轰炸机首先发起攻击，但是它们在俯冲的时候就被击落了一大半，只有2枚炸弹分别命中“企业”号的飞行甲板和机库，但是损伤并不严重。随后从“瑞鹤”号起飞的日军九七式鱼雷机也投入了攻击，但是在攻击之前就被美军的“野猫”式战斗机和高射炮火给击落了7架，剩下的9架九七式鱼雷机从左右两侧对“企业”号实施鱼雷夹击，但是都被“企业”号舰长阿瑟?戴维森海军校指挥航母成功规避。就在日军飞机进行攻击的时候，日军伊－21号潜艇也乘火打劫，发射鱼雷将“企业”号的护航舰“波特”号驱逐舰击沉。
近藤信竹在7点14分从“隼鹰”号面起飞了17架九九式轰炸机和12架“零”式战斗机，作为日军的第三波攻击机群。当日军机群到达特混舰队空，准备对美军航母发动攻击的时候，金凯德少将已经利用两次空袭之间的间隙，集中了“企业”号和“大黄蜂”号的战斗机全力保护特混舰队。所以日军飞机刚刚钻出云层开始俯冲，就遭到了“野猫”式战斗机的凶猛拦截，攻击队形完全被打乱，当场就被击落7架九九式轰炸机和2架“零”式战斗机。而当日军飞机好不容易突破“野猫”式战斗机的拦截，飞到美军航母空的时候，又遭到了密集高射炮火的袭击，最终日军投下的炸弹之中只有2枚成功命中“大黄蜂”号，在飞行甲板后部爆炸，引发起了一场大火，不过“大黄蜂”号面的消防队员很快扑灭了大火。日军飞机同时还攻击了护航的“南达科他”号战列舰和“圣胡安”号巡洋舰，使这两舰各中一弹，受了轻伤。
午9点钟，当近藤信竹得知“翔鹤”号已经沉没，而美军2艘航母尚未遭到重创的消息，顿时感到形势对日军颇为不利，于是他立刻命令前进部队和机动部队合兵一处，开始掉头缓慢北撤，企图引诱美军特混舰队进行追击，然后集中优势兵力发动反击。但是金凯德少将考虑到美军虽然已经取得了巨大战果，但是“企业”号和“大黄蜂”号也都已经有伤在身，而且如果继续追击，就有可能进入日军岸基航空兵的打击范围之内。于是金凯德少将决定见好就收，率领特混舰队向东返回努美阿基地，在返航途中，金凯德少将特意向仙人掌航空队发电表示感谢：“我谨代表特混舰队全体官兵，向仙人掌航空队的所有飞行员表示诚挚的谢意，你们的英勇作战对于今天的胜利至关重要！”
“伙计们，你们干得真不错，金凯德将军已经向我们发来了贺电，表示感谢。同时我还有一个好消息要告诉大家，南云忠一那老小子的旗舰‘翔鹤’号也已经被击沉了！”从金凯德少将发来的电报面，乔治得知格林少校率领的座头鲸中队和特混舰队派出的第一波攻击机群，成功地重创了南云忠一的旗舰“翔鹤”号，而接着跟的第二波攻击机群又直接把它给炸沉了。
“哇哦，干得真漂亮！”“美利坚万岁！”“哈哈，日本佬该哭着回家了！”“不知道南云忠一那个老小子死掉没有？”亨德森机场面顿时响起了美军飞行员的阵阵欢笑声。
“好了，大家静一静，我们的活还没有干完呢，现在日本佬的舰队已经开始北撤，但是我们的特混舰队因为2艘航母都有伤在身，无力进行追击，所以这个光荣而艰巨的任务就交给了我们仙人掌航空队，现在我命令美洲豹和抹香鲸立刻起飞，追击日本佬的舰队！”乔治还没等大家的高兴劲完全缓过来，就又下达了作战命令，不过好在午返航之后，乔治已经命令美军飞行员抓紧时间就餐休息，做好随时起飞的准备。
随着乔治的一声令下，美洲豹中队现在剩下的15架“闪电”式战斗机和抹香鲸中队现在剩下的1架“无畏”式轰炸机，陆续腾空而起，依然还是在乔治的率领之下，开始向着东北方向追击日军舰队。因为只有“闪电”式战斗机可以执行远程护航任务，所以美洲豹中队的飞行员们也只有辛苦一点，再次阵，而“无畏”式轰炸机因为还有座头鲸和抹香鲸2个中队，所以倒是还可以进行轮换休息，不必连续出击。