11时35分，石见少佐率领的29架飞机钻出浓密云层之后，在右90度、74公里外发现了一支含有2艘“加利福尼亚级”战列舰的美军舰队。由于接到的任务是攻击美军航母舰队，石见干脆放弃进攻，向90度方向继续飞行。但当他们在11时45分抵达指定海域时，发现海面上空空如也，连美军航母的毛都没见到一根。石见试图展开搜索，11时55分依然无果。石见这一失误虽然浪费了不少时间，却使自己意外避开了美军防御最强的正面。12时整，石见试图改变方向，转而攻击之前发现的美军战列舰。此时前方突然闪出了多达40余架“地狱猫”的影子。
实际上石见很可能眼花了，前方飞来的只是“大黄蜂”号的12架“地狱猫”。按道理此时日机在数量上占据绝对优势，但美军飞行员毫不畏惧，尤金·雷蒙德中尉从6100米高空俯冲而下，随着一阵机枪“哒哒哒”的声响，1架零战凌空坠落。雷蒙德垂直爬升发起第二次攻击，但是未能命中目标，那架零战突然从正面爬升，使他射出的子弹脱靶。雷蒙德接着从3600米下降到600米高度，咬住1架零战并将其击落。
保罗·多尔蒂少尉和威廉·勒夫日中尉与3架零战展开缠斗，将其中的2架击落海中。约翰·奥布里恩中尉和厄灵·扎斯克中尉俯冲攻击了位于4600米高度的15架零战。击落其中1架之后，其余日机快速逃逸。两人感觉此时日军飞行员的斗志已经完全丧失。
实际上此时日军不过损失了6架零战和1架“天山”，但犹如惊弓之鸟的石见少佐眼看美军“地狱猫”大举来袭，就紧急转往235度方向撤退。石见曾三度等待离队的飞机前来集合，不过他的攻击队已处于溃散状态。12时30分，等不来友机的石见径直率队返航，于下午16时45分在第二航空战队的3艘航母上降落。中岛大尉率领的20架飞机在70度方位、360公里处同样未能发现美军舰队，和石见一样直接掉头返航，于下午14时安全在航母上降落。和前两个攻击机群相比，石见机队的损失最小。关键在于他们主动避战，根本没发生像样的战斗。
12时19分，1架掉队的零战突然钻出云层，悄然接近了哈里尔少将的第四大队。未等美军作出反应，日机突然向“埃塞克斯”号投下了炸弹，落点距航母右前舷仅18米。日本人的运气实在太差，要知道在中途岛海战时，贝斯特上尉同样仅用了1颗炸弹就终结了南云的旗舰“赤城”号。另外12时20分和25分，“新泽西”号和“衣阿华”号分别发现有零战被“地狱猫”追逐至第七大队的范围之内。“新泽西”号在2架友机分头撤离之后才向被追击的日机射击，将其击落在后舷之外。根据时间推算，这些飞机很可能来自石见机队。
日军的进攻一浪接着一浪。下午14时前后，日军最后一个攻击机群逐渐接近了美军舰队所在海域。遗憾的是他们竟然跑错了方向，飞到了第五十八特混舰队以南180公里、关岛西南150公里水域。未能在海上发现目标之后，日军机群分成了三部分。千马大尉的18架飞机直接掉头向航母返航，阿部率领的15架飞机则飞往罗塔岛——其中3架中途掉头返回航母，宫内大尉的50架飞机因燃油不足径直向关岛飞去。
下午15时23分，由阿部率领的小机群在飞往罗塔岛途中竟阴差阳错地绕开了美军战斗机构筑的防线，突然闯入了蒙哥马利少将的第二大队上空。日机随即改变方向，向“黄蜂”号、“邦克山”号和“莫比尔”号轻巡洋舰发起进攻。“邦克山”号再次被1颗小炸弹命中，但损伤轻微。在美舰猛烈的高射炮火打击之下，日军9架飞机未能返航。阿部不待确认战果，即快速脱离战场飞往罗塔岛那个仅有一条跑道的小机场，他身后已没1架飞机——除1架受伤的“彗星”在关岛降落之外，其余10机踪影皆无。毫无疑问，它们已为美国佬晋升王牌做贡献了。
当阿部对准跑道准备降落时，“啪啪啪”，身后突然扫过来一排机枪子弹。阿部纵身跃出座舱，那架“彗星”一头载入丛林之中。随后阿部被岛上的海军警备队救起。因第一机动舰队铩羽而归，阿部无法返回母舰。美国人对罗塔岛弃而不攻使阿部最终成为幸运者。1944年10月15日，在罗塔岛百无聊赖、成天对着海对面鬼畜骂娘的阿部晋升少佐，并因军衔最高成为岛上海军部队的最高指挥官，一直到日本最后投降。阿部活到2007年4月7日90岁时才去世。晚年他改名阿部善郎，频频往来于日美之间，和往日的敌人一起探讨海战中的技术问题。
15时49分，宫内大尉率领的50架飞机渐渐接近了关岛，飞行员们纷纷丢掉炸弹准备降落。恰在此时，30架“地狱猫”从斜刺里突然杀出——他们分别来自“约克城”号、“考彭斯”号、“埃塞克斯”号、“大黄蜂”号和“企业”号。日军飞行员未曾料到，在家门口也会遭到伏击，一场遭遇战在关岛机场上空轰然打响。猝不及防的日机毫无招架之功，“企业”号的理查德·德瓦恩中尉带领的4机小队正处在绝佳的攻击位置，它们在10分钟内击落了11架日机，德瓦恩本人击落4架。大部分美军飞行员均有进账，50架日机中当场被击落31架。另外19架飞机挣扎着在机场降落，但是跑道刚刚遭美军轰炸弹坑密布，飞机在降落过程中大部分损毁，无法修复继续投入战斗。
在向航母返航途中，千马率领的18架日机又有9架被紧追不舍的的美机击落，另有5架在途中迫降或在降落后报废。如此日军第四攻击波出动的85架飞机不但寸功未立，折损数竟达到了惊人的73架。所幸小泽和城岛当时不知道，要不两人一定会当场哭晕过去的。
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