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在第二波攻擊機群放飛後，面臨敵機已發現本方位置的不利態勢，太平洋艦隊需要調整航線，吉芬以為哈爾西會讓艦隊向北或東轉向，拉開與日軍距離，但後者卻下令：「向西開進！向冢原學一手。」
前面半句話馬上執行，後面半句眾人就思考起來了，馬上有人想到冢原二四三在巴拿馬戰役中那「神之調頭」，騙過了弗萊徹的艦載機飛行員，現在看來哈爾西打算活學活用，就連尼米茨也微微頜首，對此表示讚許。
這一次運氣顯然不站在美國人這邊，冢原派出的第一攻擊波並非從美軍已偵查到的南面飛來，而是主要由西面的游擊艦隊派出，調頭向西的決定反而在無形中拉近了太平洋艦隊與日軍游擊艦隊的距離。
10時29分，第一架補充完燃油、槍彈的直掩戰鬥機從博爾扎諾號起飛。該艦是義大利用巡洋艦艦體改造的輕型航母，雖說具備起降能力，但各項標準與操作流程與日軍差異甚多，所以平時不將其計算在作戰航母中，只當輔助航母使用，現在情況緊急，艦隊來不及計較這麼多，只能把備用航母也當成正常使用，好在以赤松貞明為代表的優秀飛行員表現了極強適應性，即便是這樣渾身難受的航空母艦，他們也安安穩穩地降落成功——日美艦載機飛行員素質水平差異可見一斑。
赤松貞明在炮擊艦隊上空又取得了3個戰果，現在調過來負責掩護機動艦隊，面對即將來臨的激戰，他不但毫無倦意，而且情緒高漲，希望今天能至少再幹掉5架。
10時34分，日軍第一攻擊波全部降落，翔鶴、瑞鶴、龍鳳三艦如同上足發條一般，拼命加速補給過程。
10時57分，赤松貞明率28架零戰改全部起飛完畢（25架系炮擊艦隊轉場而來，3架為調用補充機），為機動艦隊撐起了防空傘，此時美軍攻擊群尚未出現，翔鶴號里眾人大大鬆了一口氣，但冢原的眉頭還是緊皺著——他認為美軍主力尚未出現，後來的性能和技術水平應強於第一波，目前艦隊防空戰鬥機過少。
片刻後他果斷下令：「調整順序，戰鬥機優先起飛，一旦發現敵艦隊，務必將其糾纏住！」
11時04分，西澤廣義率最先補充完畢的12架零戰改起飛，機動艦隊掩護機達到40架；此時，外圍掩護的高雄號重巡洋艦發來警報：「敵機群逼近，方位185，速度175節，預估數量100架以上，距本艦隊130公里……」。
消息一傳出，氣氛陡然升高，甲板上地勤們更加緊張，很多人手抖得厲害，魚雷怎麼都掛不上去。
正在這時，廣播響了起來：「我是冢原二四三，完成油彈補充的飛機加速起飛，不必顧忌次序，5分鐘後全軍甲板清空，不能掛載的彈藥、魚雷、油料一律推入海！」
草鹿龍之介是經歷過中途島戰役失敗的，他臉色發白，青筋暴出，牙齒咬得嘎嘎響：「長官，我去甲板指揮吧。」
「坐下，別緊張，美軍要打敗我們還沒這麼容易。」冢原寬慰他，「我們還有時間。」
接下來是度分如年的5分鐘，3艘航母上的飛機一架接一架起飛，最快時1分鐘內起飛了5架……
10時09分，美軍攻擊機群出現在肉眼可見的範圍內。
「攻擊……纏住他們，為艦隊爭取更多時間。」赤松貞明一聲令下，40餘架零戰改咆哮著衝過去。
日軍良好的技術水平保證了在這樣緊張的時刻飛行動作依然不走樣，即便目睹美機出現，飛行員們依然能安全起飛，只有2人實在過於緊張而掉入大海。
「長官，還有60餘架飛機沒掛載彈藥。」源田實小聲問，「把他們推入海麼？」
「機上有油料麼？」
「基本都還有一半。」
「不必掛彈，前面飛機儘可能爭取起飛，去游擊艦隊降落，後面全部推入海……」
三艘航母上的地勤立即分成兩撥，一撥協助停在甲板前段的飛機儘快起飛，另一撥將停在後面、明顯來不及起飛的飛機全部往海里推，看著幾十萬一架的天山改、彗星改墜入大海，一大群人放聲痛哭——不推不行，飛機上殘餘的汽油很可能變成連環炸彈。
美軍第一攻擊波發現自己撞上了一個日本戰鬥機組成的堅強堡壘，無論他們左突又沖，都很難衝破日軍飛機攔截。帶隊的蘭頓中校心急如焚——他看到不遠處日軍航母上一架又一架飛機在起飛，再不衝過去，敵人前來攔截的飛機會更多——現在不光是零戰改，那些沒掛載炸彈，單純依仗速度和機動性的彗星改也沖入戰團與SBD和TBF們廝殺在一起，殺紅眼的日軍飛行員採用了強悍的撞擊法——反正跳傘後撈起來還能接著打。只有天山改知道自己對空中格鬥無能為力，全部避開戰場往游擊艦隊飛。
最後為了突破障礙，蘭頓以速度遲緩的TBF和戰鬥力最強的F6F為依仗，掩護SBD們衝過去，他在通話器里大喊道：「編隊解散……各機群分散突圍。」
發布該命令時，美軍已在剛才短短4分鐘的交火中被擊落了19架SBD、15架TBF和13架F6F，日軍損失也不小，零戰改掉了17架，彗星改掉了8架。
分散突圍的美軍機群開始了攻擊，SBD呼嘯著盤旋而下，首要目標對準特徵最顯著的翔鶴號和瑞鶴號，雖然日軍戰鬥機拼命攔截，但有些事是擋不住的。
11時17分，瑞鶴號避開3枚炸彈，近失彈削去右舷3門高射炮；