在空戰開始之前，格林少校就根據喬治的命令，率領着座頭鯨中隊爬升到6000米高空雲層裏面進行隱蔽，當喬治指揮着美洲豹中隊和日軍飛機混戰的時候，座頭鯨中隊趁機成功溜走，準備前往攻擊日軍航母。在飛往日軍艦隊途中，座頭鯨中隊和金凱德少將派出的第一波攻擊機羣不期而遇，兩支美軍機羣於是合二爲一，由“大黃蜂”號艦載機聯隊聯隊長彼得?魯次海軍中校統一指揮。
7點30分，魯次中校率領着美軍攻擊機羣成功地到達日軍機動艦隊上空，這時候日軍航母正在做着起飛艦載機的準備，不過南雲忠一顯然已經吸取了中途島海戰的教訓，飛機和人員都顯得井然有序、井井有條。負責警戒的“零”式戰鬥機分隊很快就發現了在3000米空中向着日軍艦隊全速飛來的美軍攻擊機羣，馬上如狼似虎地撲了過來。執行護航任務的8架“野貓”式戰鬥機立刻上前和“零”式戰鬥機進行糾纏，爲美軍轟炸機和魚雷機創造突破攻擊的機會。面對1:2的數量劣勢，美軍戰鬥機飛行員發揚出不畏犧牲的頑強精神，就算是捱了“零”式戰鬥機的子彈，也還是不顧一切地往前衝，爲了掩護後面的友軍，機槍不斷轟鳴着向迎頭而來的16架“零”式戰鬥機進行瘋狂掃射，簡直就是一副擺明了同歸於盡的打法，這讓信奉武士道精神的小日本飛行員也不得不肅然起敬。
“野貓”式戰鬥機的奮戰終於給轟炸機和魚雷機創造了機會，儘管遭到日軍戰鬥機的攔截，有2架“無畏”式轟炸機被擊落，但是其他美軍轟炸機和魚雷機還是突破成功，向南雲忠一的旗艦“翔鶴”號發起了攻擊。在這之前，金凱德少將派出的偵察機裏面，已經有2架“無畏”式轟炸機向日軍機動艦隊發起了攻擊，他們不顧9架“零”式戰鬥機的攔截，勇敢地攻擊了日軍輕型航母“瑞鳳”號，“瑞鳳”號雖然迅速掉頭規避，同時施放煙霧掩護自己，但還是被2枚炸彈成功命中。“瑞鳳”號艦尾起火，飛行甲板也遭到破壞，幸虧當時航母上面的艦載機大多已經起飛，否則後果不堪設想。
“翔鶴”號的護航艦隻立刻展開猛烈的高射炮火保護旗艦，天空中佈滿了高射炮炮彈爆炸後產生的黑色花朵，死亡的陰影籠罩着奮不顧身的美軍飛行員。“瑞鶴”號一邊組織全部防空火力對空射擊，一邊全力進行規避，但是相比於美軍艦隊而言，小日本的防空組織水平和防空火力精度就要差上很多，所以美軍飛機最終還是成功地突破了“翔鶴”號高射炮火的攔截。這一次，“無畏”式轟炸機並沒有採取常規的6070度角的高空大角度俯衝轟炸，而是沿着“翔鶴”號的艦首方向進入，在200米的低空以20度的攻擊角度實施輪番投彈。雖然剛開始的時候，“無畏”式轟炸機投下的幾枚炸彈都沒有命中目標，但是緊接着就有4枚炸彈連續命中“翔鶴”號飛行甲板中部，另外還有2枚炸彈命中艦尾升降機。強烈的爆炸撕碎了“翔鶴”號的飛行甲板，把航母的飛行跑道炸出了一個直徑5米左右的大窟窿，摧毀了機庫和附近的幾門炮塔，把艦尾升降機炸得七扭八拐，幸好“翔鶴”號上面的大部分艦載機都已經起飛，纔沒有造成更大的損害。猛烈的爆炸引起熊熊大火，火借風勢開始席捲整個航母，美軍飛行員從空中望去，“翔鶴”號就猶如一座岩漿噴湧的火山島。“翔鶴”號的通訊系統遭到破壞，航速降至20節，南雲忠一被迫把司令部轉移到航母附近的“嵐”號驅逐艦上面，,
“翔鶴”號艦長草山佑二海軍大佐一邊組織消防隊員趕緊救火，一邊指揮着航母試圖躲進不遠處的雷雨區裏面進行隱蔽，然而美軍的6架“復仇者”式魚雷機這時候又從雲層裏面鑽了出來，堵住了“翔鶴”號的退路。“復仇者”式魚雷機幾乎是貼着海浪向日軍航母發射了魚雷，2條魚雷成功命中了“翔鶴”號的輪機艙。輪機長田巖信介海軍兵曹長向草山佑二報告：“大佐閣下，電線和消防系統遭到破壞，輪機艙開始進水，主機已經停車，艦身傾斜8度，該考慮棄艦了！”
“不行，現在還不到時候，”草山佑二斷然拒絕道，“我馬上給‘鈴谷’號巡洋艦發信號，讓它向我們靠攏，實在不行就拖着我們走好了。”
“翔鶴”號漂浮在海面上動彈不得，正好成爲了美軍第二波攻擊機羣的活靶子。10分鐘之後，美軍第二攻擊波的3架“無畏”式轟炸機、8架“復仇者”式魚雷機、8架“野貓”式戰鬥機，飛臨“翔鶴”號上空進行輪番攻擊，又有1枚炸彈和3條魚雷成功命中已經幾乎是靜止狀態的“翔鶴”號。小日本航母上面頓時響起了一陣此起彼伏、驚天動地的爆炸聲，美軍飛行員估計是大火引爆了“翔鶴”號的彈藥艙。
“鈴谷”號巡洋艦冒着美軍飛機的狂轟濫炸前來救援，“翔鶴”號倖存的高射炮，也在垂死掙扎地繼續進行對空射擊。美軍飛機於是開始轉而攻擊“鈴谷”號，1枚炸彈和2條魚雷成功命中目標並且將其擊沉，而旁邊的“翔鶴”號這時候也已經開始緩緩下沉，美軍飛行員這才心滿意足地離開。
金凱德少將派出的第三波攻擊機羣沒有發現日軍航母蹤影，於是轉而攻擊了日軍“霧島”號戰列艦和“築摩”號巡洋艦，將“築摩”號擊傷。
南雲忠一派出的第一波攻擊機羣被仙人掌航空隊和特混艦隊艦載機聯手成功攔截之後，第二波攻擊機羣於8點鐘到達特混艦隊上空，對“企業”號發動了攻擊，但是“企業”號和旁邊護航的“南達科他”號戰列艦都裝備有大量新式的四聯裝40毫米機關炮，並且使用了最新式的對飛機具有極大殺傷力的vt近炸引信炮彈，這種炮彈的特點是引信不接觸目標就能夠直接爆炸，沒有延遲時間和觸發機構，完全依靠炮彈自身內部的敏感裝置來感應目標的存在、速度、距離、方向，在距離目標一定距離的時候就可以爆炸，這樣就大幅度地提高了美軍高射炮對空中目標的毀傷概率和毀傷效果，並且大大地減少了彈藥的消耗量。
從“翔鶴”號起飛的日軍九九式轟炸機首先發起攻擊，但是它們在俯衝的時候就被擊落了一大半，只有2枚炸彈分別命中“企業”號的飛行甲板和機庫，但是損傷並不嚴重。隨後從“瑞鶴”號起飛的日軍九七式魚雷機也投入了攻擊，但是在攻擊之前就被美軍的“野貓”式戰鬥機和高射炮火給擊落了7架，剩下的9架九七式魚雷機從左右兩側對“企業”號實施魚雷夾擊，但是都被“企業”號艦長阿瑟?戴維森海軍上校指揮航母成功規避。
近藤信竹在7點14分從“隼鷹”號上面起飛了17架九九式轟炸機和12架“零”式戰鬥機，作爲日軍的第三波攻擊機羣。當日軍機羣到達特混艦隊上空，準備對美軍航母發動攻擊的時候，金凱德少將已經利用兩次空襲之間的間隙，集中了“企業”號和“大黃蜂”號的戰鬥機全力保護特混艦隊。所以日軍飛機剛剛鑽出雲層開始俯衝，就遭到了“野貓”式戰鬥機的兇猛攔截，攻擊隊形完全被打亂，當場就被擊落7架九九式轟炸機和2架“零”式戰鬥機。而當日軍飛機好不容易突破“野貓”式戰鬥機的攔截，飛到美軍航母上空的時候，又遭到了密集高射炮火的襲擊，最終日軍投下的炸彈之中只有2枚成功命中“大黃蜂”號，在飛行甲板後部爆炸，引發起了一場大火，不過“大黃蜂”號上面的消防隊員很快撲滅了大火。日軍飛機同時還攻擊了護航的“南達科他”號戰列艦和“聖胡安”號巡洋艦，使這兩艦各中一彈，受了輕傷。,
上午9點鐘，當近藤信竹得知“翔鶴”號已經沉沒，而美軍2艘航母尚未遭到重創的消息，頓時感到形勢對日軍頗爲不利，於是他立刻命令前進部隊和機動部隊合兵一處，開始掉頭緩慢北撤，企圖引誘美軍特混艦隊進行追擊，然後集中優勢兵力發動反擊。但是金凱德少將考慮到美軍雖然已經取得了巨大戰果，但是“企業”號和“大黃蜂”號也都已經有傷在身，而且如果繼續追擊，就有可能進入日軍岸基航空兵的打擊範圍之內。於是金凱德少將決定見好就收，率領特混艦隊向東返回努美阿基地，在返航途中，金凱德少將特意向仙人掌航空隊發電表示感謝：“我謹代表特混艦隊全體官兵，向仙人掌航空隊的所有飛行員表示誠摯的謝意，你們的英勇作戰對於今天的勝利至關重要！”
“夥計們，你們幹得真不錯，金凱德將軍已經向我們發來了賀電，表示感謝。同時我還有一個好消息要告訴大家，南雲忠一那老小子的旗艦‘翔鶴’號也已經被擊沉了！”從金凱德少將發來的電報上面，喬治得知格林少校率領的座頭鯨中隊和特混艦隊派出的第一波攻擊機羣，成功地重創了南雲忠一的旗艦“翔鶴”號，而接着跟上的第二波攻擊機羣又直接把它給炸沉了。
“哇哦，幹得真漂亮！”“美利堅萬歲！”“哈哈，日本佬該哭着回家了！”“不知道南雲忠一那個老小子死掉沒有？”亨德森機場上面頓時響起了美軍飛行員的陣陣歡笑聲。
“好了，大家靜一靜，我們的活還沒有幹完呢，現在日本佬的艦隊已經開始北撤，但是我們的特混艦隊因爲2艘航母都有傷在身，無力進行追擊，所以這個光榮而艱鉅的任務就交給了我們仙人掌航空隊，現在我命令美洲豹和抹香鯨立刻起飛，追擊日本佬的艦隊！”喬治還沒等大家的高興勁完全緩過來，就又下達了作戰命令，不過好在上午返航之後，喬治已經命令美軍飛行員抓緊時間就餐休息，做好隨時起飛的準備。
隨着喬治的一聲令下，美洲豹中隊現在剩下的15架“閃電”式戰鬥機和抹香鯨中隊現在剩下的18架“無畏”式轟炸機，陸續騰空而起，依然還是在喬治的率領之下，開始向着東北方向追擊日軍艦隊。因爲只有“閃電”式戰鬥機可以執行遠程護航任務，所以美洲豹中隊的飛行員們也只有辛苦一點，再次上陣，而“無畏”式轟炸機因爲還有座頭鯨和抹香鯨2箇中隊，所以倒是還可以進行輪換休息，不必連續出擊。