19日凌晨4时20分，小泽再度派出43架侦察机，侦察美国舰队动向。此时斯普鲁恩斯仍不清楚小泽舰队位置，小泽则不但知道美军在哪里，也晓得美军已经进入日机攻击半径，而自己则还未进入美机打击范围。斯普鲁恩斯未能掌握小泽舰队位置，就先命令米契尔消灭马里亚纳已知的敌机力量，与小泽决战之前先解决这方面的敌人。该日早晨第五舰队击垮了马里亚纳的日本航空兵力，并开启当日11小时激烈空战的序幕，同时对关岛与罗塔岛的日军飞机压制。不过美军虽先对付马里亚纳方面，但航空母舰飞行甲板仍保留足够飞机随时应付小泽的进攻。
19日上午正当第五舰队不断搜寻小泽舰队行踪之际，小泽已于8时30分派出栗田前卫舰队的飞机共69架发动第一波攻击，8时56分从主力的甲队派出最大的一批飞机共128架作为第二波，10时自乙队派出47架飞机作为第三波，11时又从甲乙两队发出82架飞机作为当日上午最后一波，四波共326架，企图以大量的战机一举击破米契尔的空防。
19日9时50分，第一波日机被美军战舰雷达发现，米契尔于10分钟内出动240架飞机（此快速出动舰载机纪录至今未破）。双方原本在遭遇时，美军飞机还无法爬升至日机高度，也就是说，这些美军飞机得眼睁睁看着日机从其上方呼啸而过却无法拦截，但日机却浪费宝贵的10分钟对机群重新调整，使美军有时间迅速爬升至与日机相同的高度，并监听日机指挥官指令改变拦截战术。接下来，以 f6f地狱猫式战斗机为主的美机对已显得落后的日本飞机进行拦截，日机主力零式战斗机在太平洋战争初期所向披靡，但此时已非美国地狱猫式战斗机的对手。飞机数量、质量及自中途岛战役后逐渐拉大的双方飞行员素质，使日机完全无法应付美机的攻击，只能对前方的美军战舰群进攻。但美军使用新型防空炮弹——装有近爆引信的炮弹，此种炮弹可以侦测飞机是否进入其爆炸杀伤范围，一旦进入其爆炸杀伤范围即会引爆，效率为传统防空炮弹数倍，太平洋战争后期有一半高炮击落的飞机是因为使用vt引信炮弹的缘故。在下一年日本发动“神风”自杀攻击时这种炮弹发挥关键作用，使得日机攻击美舰的难度加大。在美国战机与美舰强大防空火炮的拦截下，日本第一波攻击机群损失42架，仅三四架飞到第七支队上空并命中“南达科他”号一枚炸弹，没有一架飞到美国航母的上空。
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