1944年6月20日凌晨5時30分，美軍第58特混艦隊派出偵察機搜索日軍艦隊。儘管美軍潛艇發出報告稱已經發現日軍艦隊，但在浩瀚無際的太平洋上尋找敵軍艦船，即使像航母這樣的大型艦船，也無異於大海撈針，所以直到下午15時許，美軍飛機才準確地探測到撤退日軍的具體位置。這時候，小澤艦隊距離追擊他的美軍航母艦隊很遠，幾乎不在美軍的攻擊範圍內。
布奇·沃利斯也是奉命前去搜索日軍艦隊的美軍飛行員之一，他參加了第一輪的搜索行動，曾經一度飛離“大黃蜂”號航空母艦達350英里，然後又在一段十字交叉的航線上飛行50英里，才返回航母。為了執行搜索任務，他早在凌晨2時30分就已經起床，因此在15時，他正在鋪位上打盹。在他看來，日軍艦隊已經逃之夭夭。
不過，到了這時，他被一陣緊急的飛行集合鈴聲驚醒。如果聽到這個信號，所有飛行員都必須立即到達自己的戰鬥崗位。 他查看了電報記錄，裡面有一份報告，稱日軍艦隊此時正在距離美軍225英里、航向330°的位置。事實上，這個距離報告是錯誤的，日軍其實在更遠的地方。
米切爾的機會來了，他立即命令艦隊對於潰逃的日軍艦隊發起攻擊。那天下午，美軍共派出200架飛機攻擊日軍航母，布奇駕駛的“潑婦”戰鬥機也是其中之一。他坐在飛機上，發動機轟鳴，隨時準備起飛，他碰巧看到一個傳令兵正拿著黑板站在風中，黑板上寫著日軍的最新位置是350英里。
輪到沃利斯起飛了，他的飛機在甲板上滑行助跑，然後騰空而起，他一直在思考：“我們如何能做到？”但是，沃利斯和每個人都清楚這是一次挫敗日軍野心的絕好機會。美軍飛行員竭盡全力節約燃料，花了整整2小時才飛抵日軍艦隊上空。在此期間，他們有足夠的時間去思考如何在戰區上空全力作戰的情況下安全返航的問題。如果他們不能保存足夠的燃料，那麼十有八九將不得不在暗夜裡迫降在海上，將獲救的希望寄託在己方先頭艦隊的身上。
這種想法一直縈繞在他們的腦海裡，他們甚至無暇思考日軍可能發起的反擊。魚雷轟炸機的飛行員和導航員都相信自己不可能再回到己方航母上，俯衝轟炸機駕駛員也認為作戰形勢非常嚴峻。
戰鬥機飛行員則認為在混戰中，只要不消耗太多的燃料，或者不進行纏鬥，他們也許能夠成功返航。但問題是這些戰鬥機上掛載有炸彈，增加了飛行重量，加之空氣阻力，勢必造成燃油的浪費。不過，對於美軍飛行員來說，他們每個人都想親自對日軍航母發起攻擊，即便他們幾乎或完全沒有轟炸經驗。當他們盤旋在空中時，每個人的腦海裡都在問一個問題：下面真的是敵軍的準確位置嗎？我們還會因為搜尋這個位置浪費燃料嗎？
飛行在18000英尺的高空，陽光照射在飛機機身上，閃閃發光。沃利斯向前看去是一大堆的積雲，在積雲的下面，他看到了似乎正在調轉航向的船艦。這正是日軍艦隊，他們正在迎風掉頭，準備起飛戰鬥機。美軍機群指揮官意識到日軍可能發現了他們的行蹤，於是中止了無線電靜默，開始發佈作戰指令。
沃利斯回憶：“我們維持飛行高度，避免撞見日軍的‘零’式戰鬥機，然後稍作盤旋後直接俯衝下去，因為那樣可以增加準確度……不需要計算傾斜距離和攻擊角度了……我看到下方升騰起一個個巨大的火球……一簇簇的紫色、綠色和薰衣草顏色……然後，我突然意識到，如果被其中任何一簇火球擊中，我這輩子就完了……”
日軍與美盟軍隊不同，他們的炮彈中填充了五彩繽紛的火藥，這些色彩會分散美國飛行員的注意力，也會降低他們對敵軍戰鬥力的準確判斷，誤認為日軍的高射炮火不足為懼。對於缺乏轟炸日軍航母經驗的飛行員來說，日軍戰艦甲板上的不同標誌又是一個容易產生錯覺的地方。如今，日軍艦隊的生死高度依賴於防空炮火，因為此時小澤的手中，僅僅剩下35架戰鬥機可以使用了。
俯衝轟炸存在一個問題，那就是飛行員看不見他們投射的炸彈是否擊中了目標。他們投射炸彈後，必須立刻扳起控制桿，為自己預留足夠的高度，高於襲擊目標，這樣才能翻轉機身，使機首朝上。俯衝的角度越傾斜，需要爬升越高，然後飛走——這對於經驗不足的飛行員來說又是一個危險，特別是在越來越暗的光線中操作飛機。
在完成攻擊任務後，美軍飛機需要集結起來一起返回航空母艦。這是因為，戰鬥機需要魚雷轟炸機和俯衝轟炸機上的導航員的引導。正當沃利斯駕機準備加入主力機群時，突然遭到一架“零”式戰鬥機的突襲，他調轉機頭準備將其擊落時，編隊指揮官卻命令他趕緊加入編隊。當然，美軍飛行員對於這次戰鬥的印象之一就是日軍戰鬥機的數量很少。有美國飛行員回憶說，日軍戰鬥機在防禦上也是非常鬆散，甚至各自為戰。
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