Ночью 18–19 июня картина начала проясняться и для Спрюэнса. Его подводные лодки проделали великолепную работу, сообщая координаты японцев. Одзава нарушил радиомолчание, чтобы приказать самолетам с Гуама нанести удар на рассвете, и служба пеленгации Спрюэнса засекла его. В 20.23 два флота разделяли 300 миль. Вместо того, чтобы сократить расстояние, Спрюэнс повернул назад, так все еще боялся заходить слишком далеко на запад. Ведь это давало Одзаве возможность обойти американцев. В 6.3 °Cпрюэнс начала двигаться зигзагом, направляясь примерно на SW-t-W. К этому времени на Гуаме осталось всего 50 самолетов. (Одзава полагал, что их не меньше 500.) Какута просто не мог оставить Трук, Яп, Палау без защиты под американскими атаками, хотя успех операции A-GO зависел от того, будут ли находиться на Гуаме эти 500 самолетов. Он по-прежнему сообщал Одзаве, что аэродромы Гуама вполне безопасны и забиты всяческими припасами. Он также уверял, что его самолеты нанесли тяжелый урон Оперативному Соединению 58. (Нет никакого разумного объяснения этим фальшивкам. Разве что Какута пытался спасти лицо.)
Когда 19 июня американский радар засек японские самолеты, приближающиеся к Гуаму, Спрюэнс поднял свои самолеты, чтобы сначала атаковать Гуам. Удар по острову был нанесен в 7.30. Когда была встречена сильная истребительная завеса, "Белло Вуд", "Кэбот", "Йор-ктаун", "Хорнет" подняли дополнительные истребители. В 8.07 радар засек новые японские самолеты, летящие к Гуаму, но ничего более тревожного.
Начиналась настоящая битва. Авангардное Соединение Одзавы подняло 16 истребителей, 45 истребителей-бомбардировщиков и 8 торпедоносцев. Радар Линейных Сил обнаружил первую волну в 10.00. В 10.10 адмирал Спрюэнс приказал всем истребителям идти наперехват. Взлет истребителей завершился в 10.38, полетные палубы были очищены от торпедоносцев и пикировщиков, чтобы постоянно держать истребители в воздухе.
Последовавшая воздушная битва ясно показала, насколько улучшилась американская авианосная авиация. Буквально во всем: тактике, управлении полетами, подготовке пилотов, американцы превосходили неопытных, плохо обученных японских пилотов. Бой наглядно продемонстрировал, что произойдет со слабым флотом, даже если он нанесет удар первым. 42 японских самолета были сбиты. Единственным американским кораблем, получившим попадание, оказался линкор "Саут Дакота". Однако его повреждения были незначительны. Линейный Флот, прикрытый истребителями, рассеял первую волну.
Вторая волна стартовала с Главных Сил Одзавы в 9.00 — 35 пикировщиков, 27 торпедоносцев, 48 истребителей. Через 10 минут случилось несчастье. Подводная лодка "Альбакор" прошла мимо эсминцев прикрытия и в 9.10 торпедировала тяжелый авианосец "Тайхо". Торпеда попала в правый борт вблизи цистерн с бензином. Хотя носовой элеватор заклинило, пожаров не возникло. Вполне возможно, что авианосец можно было спасти, если бы не 2 других фактора. Его сырая нефть давала крайне огнеопасные пары, а его экипаж показал плохую подготовку, пытаясь удержать скорость 26 узлов и держа открытыми все вентиляционные шахты. В 15.30 внутренний взрыв буквально разворотил корабль. Пожары не дали спасателям даже подойти к борту. Авианосец затонул в 17.28, 1650 человек из экипажа 2150 погибли.
Большая часть японских самолетов второй волны была сбита над Линейными Силами. Единственное, чего они добились — разрыв возле борта "Уоспа", Только 2 самолета сели на Гуаме, и вообще уцелел всего 31 самолет из 110. Но Одзава был настойчив. Это была "решающая битва", а единственной информацией о потерях противника были фальшивые донесения Какуты. В 10.00 он поднял третью волну: 15 истребителей, 25 истребителей-бомбардировщиков, 7 торпедоносцев. Они прошли мимо Линейных Сил и уклонились на север, из-за неправильно расшифрованного донесения самолета-разведчика. Очень немногие из них нашли американцев, зато погибло всего 7 самолетов. В 11.30 была поднята многочисленная четвертая волна: 30 истребителей, 9 пикировщиков, 33 торпедоносца, 10 истребителей-бомбардировщиков. Они тоже получили неверные целеуказания. 49 самолетов отправились на Гуам, получив приказ садиться на острове. Остальные натолкнулись на ОГ 58.2 не причинив ей никакого вреда, зато понеся тяжелые потери. Отправленные на Гуам самолеты сбросили бомбы в море и начали садиться, но только 19 из них сумели это сделать. Впрочем, и они были сожжены на земле американскими истребителями.