二戰馬里亞納海戰中，在美軍機群的正下方，日軍“飛鷹”號航母損毀慘重，緊隨第二次燃料爆炸，該艦在2小時之內沉沒。與其一同沉沒的，還有兩艘彌足寶貴的油輪。另外幾艘航母——“瑞鶴”號、“隼鷹”號、“瑞鳳”號和“千代田”號損毀嚴重，“榛名”號戰列艦和一艘巡洋艦也慘遭同樣的命運。這次戰鬥中，只有20架美軍飛機被擊落。
美軍機群調轉方向開始返航，飛行高度保持在7000英尺，以便節省燃料。在黑暗中，這些飛機的發動機發出低沉的轟響，飛行員們一個接一個地報告說，飛機沒有燃油了，必須在海上緊急降落。最後，所有的魚雷轟炸機都在水中迫降。接下來，輪到俯衝轟炸機了，他們全速飛完最後100英里，歸航燈塔引導他們返回航母。但是，由於航母上正實行燈火管制，他們什麼也看不清。
後來，克拉克將軍下令，打開探照燈，照射海洋，為飛行員們指路。“我看到著陸信號平臺上的三盞燈，”沃利斯回憶：“我左轉180°朝艦尾飛去，我剛剛接近，著陸信號官拿著2根信號棒，大約3英尺長，這是我唯一能看見的東西，我記得先是提示太高，接著提示可以了。然後，狂風巨浪衝來，航母在風中搖擺，旋轉了40°……如果我繼續徑直飛去，就會直接撞在艦島上。因此，我緊急轉向飛離……第二次，我成功降落了，停在幾座5英寸口徑炮塔後面，倘若我稍有閃失，可能已經機毀人亡。”
他的僚機緊隨其後降落，在黑暗中，一根攔阻索都沒能掛上，最終撞到了5個攔阻板上，他的飛機立即成為一堆殘骸，很快就被拖到了一邊，避免影響後續飛機的降落。因為到了這時候，所有飛機都嚴重缺乏燃料。唯一希望的就是“大黃蜂”號航母剩下的飛機能夠準確地掛上攔阻索。即便如此，仍有一架飛機未能掛上任何一根攔阻索，結果撞到了飛行甲板左舷的高射炮上。
在返程路上，美軍80架飛機因燃油耗盡而損毀。米切爾原打算繼續追擊日軍，但斯普魯恩斯在獲悉己方戰機損失後，下令停止追擊。這是因為，戰鬥機雖然也可以掛載少量炸彈發起攻擊，但只有魚雷轟炸機和俯衝轟炸機才有可能對日軍造成真正的損失，而美軍幾乎所有的魚雷轟炸機和俯衝轟炸機此時都已損毀。
從發起攻擊到返回航母，不包括被營救的在水上迫降的飛行員，美軍共犧牲了49名飛行員，損失的大部分飛機都是魚雷轟炸機和俯衝轟炸機，每架飛機上有2名飛行員。
戰事發展到這一步，南雲忠一的職業生涯被深深刻上了錯失良機和慘遭失敗的烙印，最終，當他意識到徹底的失敗不可避免時，選擇了在塞班島岸上剖腹自殺。與此同時，至少還有一名日本海軍大將和他的幾個手下自殺。不過，也有傳聞說他們的死亡可能是出於意外。
對於美軍而言，從6月19日開始對日軍發起攻擊以求迅速完成任務的想法，的確很有誘惑力，也可以理解。但是，派出那麼多的飛機對於遠遠超出攻擊半徑的敵軍發起攻擊，是一種得不償失的絕望舉措，最終導致美軍大批飛機在返航途中墜入大海。
事實上，徹底摧毀日軍艦隊的想法還可以再等一日實現，美軍原本可以趁著夜色迅速拉近與日軍的距離，第二天白天再發起進攻，這樣的話，成功的幾率將會更大，也不至於在返航途中損失這麼多的飛機。公正地講，也許克拉克和他的上司米切爾都沒有意識到日軍的航進速度竟然會如此之慢。
總之，此次海戰可能是美國海軍在向日本本土推進途中所犯下的最嚴重的戰術錯誤，因為即使是美國這樣強大的工業機器也不可能迅速補充這麼多架墜毀的飛機。
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