所谓“失之东隅，收之桑榆”，就在日本航空部队在拼尽全力跟美军舰队血拼时，虎贲军侦察机不懈努力下也终于有了收获，
在上午十一点前后，镇远号航空母舰的一架侦察机发现正在高速撤离的小泽舰队。
自菲律宾海海战展开以来，盟军舰队终于首度发现一直躲藏在侦察距离外的敌舰队主力。
可时机却很是尴尬，因为这个时候，虎贲海军舰队的战斗机群几乎已经倾巢而出正在前往美军舰队，帮助消灭疯狂进攻的日军攻击机群。
在没有战斗机保护下去进攻敌军舰队，风险系数实在太大，刘强一时间真有些左右为难。
但为避免坐失战机，他也没有过多犹豫，当即命令所有轰炸机、鱼雷机立即升空起飞，并且命令参与空战的3个飞行团立即返回舰队执行护航任务。
到了十一点25分，虎贲海军派出了72架轰炸机、24架鱼雷机，以及60架P-47N雷电战斗机，启动这场海战中针对日军舰队的第一次攻势。
中午十二点55分，历经一个半小时的飞行后，虎贲军飞机终于赶到殿后方的日军补给舰队上空，一举重创了三艘油轮。
这三舰油轮失去动力后，最终都被迫自沉。
紧接着，虎贲军攻击机群继续朝前推进，终于抵达最想攻击的日本航空母舰舰队上空，迅速展开全力攻击。
而此时，日军舰队已经完全没有了战斗机保护，仅能依靠舰队防空火炮群拦截。
但很显然，没有近炸引信防空炮弹的日军高射炮群根本没办法打出有效成吨伤害，只能眼睁睁看着虎贲军轰炸机群七进七出。
激战半个多小时后，日军中型航空母舰飞鹰号、龙凤号均被两枚鱼雷击中，并引发大火，数小时后先后沉没海底。
而航母隼鹰、千代田、瑞鹤、战舰伊势、重巡摩耶都被炸弹击伤，其中小泽的旗舰瑞鹤伤势较重，差一点就嗝屁了。
由于小泽治三郎很早就下令各舰自行运动撤离战场，再加上虎贲海军航空兵团侧重于战斗机，轰炸机和鱼雷机这块并不太强。
因此这波攻击成果并不特别出色，仅仅只炸沉了2艘航母、3艘补给舰，另重创了数艘舰艇。
下午14点40分左右，日军联合舰队司令长官丰田副武大将向小泽发布脱离与盟军接触的命令，小泽便中止「阿」号作战全面撤退了。
由于距离太远，盟军舰队无法趁胜追击，围绕塞班岛展开的海战因此落下帷幕。
最终海空大战的结果是，日军4艘航母被击沉，4艘航母受伤，3艘补给舰被击沉，另损失各型作战飞机1500余架。
盟军方面，则是被击沉航母10艘，5艘航母被击伤，3艘驱逐舰被击沉，另十余艘各型舰艇遭受重创，作战飞机损失超过1200余架（其中大部分是因为航母被击沉导致的损失）。
从这份数据来看，这场史无前例的海空大战，盟军方面是失败的一方，损失远远超过了日军方面。
但从战争的最终结果来看，盟军却是获得了胜利，不仅重创日本海军主力第一机动舰队，极大消灭了日本空军有生力量，同时巩固在塞班建立起的阵地。
虽然由于小泽舰队撤离得很及时很干脆，盟军无法再给予敌人更大的伤害，但不得不说，这依然是一场决定性的大海战。