Начиная с 14.00, эфир наполнился сообщениями авианосных разведчиков и «Каталин». Были обнаружены все 3 японских авианосца, которые находились в 200 милях на северо-запад от американского соединения. Несколько самолетов «Энтерпрайза» нашли «Рюдзё», а затем и «Сёкаку» и «Дзуйкаку». «Доунтлессы» атаковали парами, но попаданий не добились. Когда «Сёкаку» поворачивал на 30-узловом ходу, чтобы уклониться от бомб, один «Зеро» соскользнул с полетной палубы в море вместе с 6 моряками, цеплявшимися за него. Все они погибли. Американские пикировщики ушли от зенитного огня, а в воздушном бою даже сбили один японский истребитель. Один из «Доунтлессов» «Энтерпрайза» попытался атаковать японский крейсер, но был сбит истребителями. Теперь на сцене появились самолеты «Саратоги». Первый из пикировщиков «Сары» выбрал своей целью «Рюдзё» и в 15.50 начал пикировать на этот авианосец с высоты 14000 футов. Один за другим 30 SBD сбросили бомбы на несчастный корабль. Его же атаковали 5 «Авенджеров», шедшие низко над водой. «Рюдзё» получил попадания по крайней мере 10 бомб и 2 торпед, однако он сослужил свою службу как приманка.
Почти одновременно с обнаружением японских авианосцев гидросамолет одного из японских крейсеров сообщил, что видит американские авианосцы. Он тут же был сбит истребителями. Но в 15.00 с «Сёкаку» и «Дзуйкаку» взлетела первая ударная волна, состоящая из 10 «Зеро» и 27 «Вэлов», а через час стартовала вторая волна из 9 «Зеро» и 27 «Вэлов».
На кораблях обоих американских соединений ожидали японской контратаки. 3 японских самолета-разведчика были сбиты недалеко от авианосцев, а теперь возвращались взлетевшие утром разведывательные бомбардировщики, за которыми могли увязаться японские самолеты. Антенны радаров медленно вращались, разыскивая атакующих в затянутом тучами небе, у всех зенитных орудий стояли расчеты. Часть «Уайлдкэтов» патрулировала над соединением, а остальные стояли на палубах авианосцев в готовности к немедленному взлету. Американские авианосцы держались на расстоянии примерно 12 миль один от другого. В 16.08 на экранах радаров появились «призраки» – неопознанные самолеты. Американские самолеты были оборудованы электронной системой опознания «свой-чужой», которая давала особые отметки на экране радиолокатора. Эти же самолеты такой системы не имели. Когда они приблизились на расстояние 88 миль, с авианосцев в воздух поднялись все имеющиеся истребители. Теперь в воздухе находились 53 «Уайлдкэта» – больше, чем когда-либо выделялось для прикрытия авианосного соединения. В воздухе находились и несколько «Доунтлессов» противолодочного патруля. Когда оба авианосца приготовились к бою, с «Саратоги» взлетели 2 «Доунтлесса» и 5 «Авенджеров», а с «Энтерпрайза» – 12 «Доунтлессов» и 7 «Авенджеров», чтобы атаковать японские авианосцы.
Все было готово, и все ждали. Офицер наведения истребителей на «Энтерпрайзе» пытался направить «Уайлдкэты» воздушного патруля на перехват японских самолетов, но радиосвязь была слишком плохой, в основном из-за того, что большинство пилотов говорило на одной частоте.
Бой начался примерно в 17.00. 53 «Уайлдкэта» врезались в строй атакующих японских самолетов, и всюду – вверху и внизу – закипела сумасшедшая свалка, в которую ввязались и «Доунтлессы» противолодочного патруля. Позднее к ней присоединились и возвращающиеся после атаки бомбардировщики. Один из пилотов истребителей уоррент-офицер Дональд Раньян сбил 3 японских пикирующих бомбардировщика и 1 «Зеро», а еще 1 «Зеро» повредил.
Зенитные орудия всех кораблей открыли огонь по самолетам противника. Один из офицеров «Энтерпрайза» в запале даже начал стрелять из своего пистолета, когда японцы пролетали у него над головой.
2 отчаянно маневрирующих авианосца были главной целью японцев. В 17.14 «Энтерпрайз» получил первое с начала войны попадание. Бомба попала в угол элеватора № 3, прошла через пустой ангар и взорвалась в отсеках третьей палубы. Взрыв убил 35 человек, разорвал палубу и борт и вызвал пожар. Огонь сильно мешал действиям аварийной партии, которая пыталась справиться с водой, хлеставшей через пробоину в борту. Менее чем через минуту всего в 10 футах от первой в «Энтерпрайз» попала вторая бомба. Бомба взорвалась на орудийном спонсоне, убив 39 человек. Сдетонировало много снарядов, и в результате четверть корабельной артиллерии вышла из строя. Через пару минут в «Энтерпрайз» попала третья бомба. Она упала сразу позади островной надстройки, пробила полетную палубу и взорвалась в ангаре. Эта бомба явно была неисправной, так как взрыв получился очень слабым. Однако и он проделал большую дыру в полетной палубе и вывел из строя элеватор № 2. На этот раз никто не погиб.