日軍雖然也集中了能集中的所有海空力量，但與美軍相比，卻簡直是乞丐與龍王鬥寶。
日軍參戰的為第三艦隊，第一機動艦隊（中大型航空母艦5艘、小型航空母艦4艘零式戰機225架、彗星轟炸機99架、九九式轟炸機27架、天山式魚雷機108架、九七式艦載攻擊機、二式艦載偵察機等，共498架）。
司令長官：小澤治三郎中將
甲部隊小澤治三郎中將
第一航空戰隊（小澤中將直率）航空母艦：大鳳、翔鶴、瑞鶴
第五戰隊重巡洋艦：妙高、羽黑
第十戰隊輕巡洋艦：能代、驅逐艦8艘
乙部隊城島高次少將
第二航空戰隊航空母艦：隼鷹、飛鷹小型航空母艦：龍鳳
戰列艦：長門、重巡洋艦：最上、驅逐艦7艘
前衛（第二艦隊）栗田健男中將
第一戰隊（宇垣纏中將）戰列艦：大和、武藏
第三戰隊（鈴木義尾中將）戰列艦：金剛、榛名
第三航空戰隊小型航空母艦：瑞鳳、千歲、千代田
第四戰隊（栗田中將直率）重巡洋艦：愛宕、高雄、鳥海、摩耶
第七戰隊重巡洋艦：熊野、鈴穀、利根、築摩
第二水雷戰隊輕巡洋艦：矢矧、驅逐艦7艘
第一航空艦隊第五基地航空部隊角田覺治中將
從上麵可以看出，日軍與美軍的實力，相差天地之別，特別是海戰之神航空母艦，雙方在數量上有著巨大的懸殊。
由於是在太平洋群島作戰，所以，海空軍就成為了決定性力量，而陸軍則退到了次要地位，從雙方的兵力配比來看，這仗沒有開打，日軍就處於了絕對的劣勢，可是，日軍的頑固本性讓他們寧為玉碎，不為瓦全，於是，這場強弱懸殊的戰役終於開始了。
但誰也沒有想到的是，戰役一開始，日軍卻掌握了主動。
從中途島的經驗看來，對已知或未知的敵人艦隊展開搜索，從而得知敵艦隊位置、動向是必要的，因此小澤艦隊1944年4月18日即派出42架偵察機出動搜索並加上馬裏亞那方麵的情報，在與第五艦隊保持距離的同時仍獲得充分的情報。同日夜間，第58特遣艦隊指揮官米切爾力主連夜西進，發現日本艦隊後就全力將其消滅，
此時斯普魯恩斯仍不清楚小澤艦隊位置，小澤則不但知道美軍在哪裏，也曉得美軍已經進入日機攻擊半徑，但本身則還未進入美機打擊範圍。既然斯普魯恩斯未能掌握小澤艦隊位置，就先命令米切爾消滅在馬裏亞那已知的敵機力量，與小澤決戰之前先解決這方麵的敵人。
從19日上午正當第五艦隊不斷搜尋小澤艦隊行蹤之際，小澤已於8：30派出栗田前衛艦隊的飛機共69架發動第一波攻擊，8：56從主力的甲隊派出最大的一波攻勢共128架作為第二波，10：00自乙隊派出47架飛機作第三波，11：00又從甲乙兩隊發出82架飛機作為當日上午最後一波，四波共326架，企圖以大量的戰機一舉擊破米切爾的空中防禦。
然而讓日軍沒有想到的是，美軍新裝備的雷達此時卻發揮了巨大的作用，19日9：50，第一波日機被美軍戰艦雷達發現，米切爾於10分鍾內出動240架飛機，雙方原本在遭遇時，美軍飛機應還無法爬升至日機高度，也就是說，這些美軍飛機得眼睜睜看著日機從其上方呼嘯而過卻無法攔截，但日機卻浪費寶貴的10分鍾對機群重新調整，使美軍有時間迅速爬升至與日機相同的高度，並以監聽日機指揮官指令改變攔截戰術。
接下來，以f6f地獄貓式戰鬥機為主的美機對已顯得落後的日本飛機進行攔截，日機主力零式戰鬥機太平洋戰爭初期所向披靡，但此時已不是美國地獄貓式戰鬥機的對手，飛機數量、質量及自中途島戰役後逐漸拉大的雙方飛行員素質，使日機完全無法應付美機的攻擊，隻能對前方的美軍戰艦群進攻。
但美軍使用新型防空炮彈—裝有近炸引信的炮彈，此種炮彈可以偵測飛機是否進入其爆炸殺傷範圍，一旦進入其爆炸殺傷範圍即會引爆，效率為傳統防空炮彈數倍，太平洋戰爭後期有一半高炮擊落的飛機是因為使用vt引信炮彈的緣故，在後來日本發動神風自殺攻擊時發揮關鍵作用，使得日機攻擊美艦的難度加大。
在美國戰機與美艦強大防空火炮之攔截下，日本第一波攻擊機群損失42架，僅有4架飛到第7支隊上空並命中南達科他號一枚炸彈，沒有一架飛到美國航母上空。