На рассвете следующего дня, 20 июня 1944 года, авианосцы «Essex», «Cowpens» и «Langley» начали зачищать воздушное пространство над Гуамом. Пилоты в тот день сумели заявить 18 побед. На протяжении всего дня сопротивление японцев в воздухе было минимальным. На земле американской палубной авиации удалось уничтожить еще 52 самолета. К полудню стало ясно, что острова уже не представляют серьезной опасности для американского флота, но разведке не удавалось узнать местоположение японской эскадры. Японский флот находился вне зоны разведки американской авиации. Не обнаружив ничего на западе, разведка переместилась в северо-западный сектор. В 12:20 командир воздушной группы с авианосца «Lexington» Эрни Сноуден — повел двенадцать истребителей «Hellcat» в самую дальнюю для того времени разведку. Самолеты прошли 475 миль, но не обнаружили противника. К полудню «Avenger» обнаружил эскадру Озавы и Мичер быстро приказал подготовить палубы к выпуску самолетов. Действовать нужно было оперативно, пока японцы не успели ускользнуть. В 16:24 в воздух поднялись первые 85 истребителей «Hellcat», которые сопровождали 77 пикирующих бомбардировщиков SB2C «Helldiver» и SBD-5 «Dauntless», а также 54 торпедоносца «Avenger». Все 215 самолетов взяли курс 290 и начали медленно набирать высоту, экономно расходуя топливо. Противник находился почти на пределе дальности самолетов. Вскоре ситуация еще больше усложнилась. Пилот разведывательного самолета «Avenger» ошибся в навигационных расчетах на 1 градус. Ошибку удалось обнаружить, но это означало, что японцы находятся еще в 60 милях дальше. Учитывая все особенности маршрута, до японской эскадры было 300 миль. Стало ясно, что возвращаться придется уже в темноте, а многим самолетам придется садиться на воду из-за нехватки топлива. Поэтому Мичер отменил запланированный вылет второго эшелона.
Три дивизиона японских авианосцев снова были обнаружены около 18:00. Полковник Ральф Л. Шифли на фоторазведчике F6F-3 с авианосца «Bunker Hill» обнаружил японские корабли. Он заметил, что пикирующие бомбардировщики SB2C из VB-8 начинали атаку противника. Японцы вели зенитный огонь. Однако американцы сумели успешно отбомбиться и добились попадания в авианосец «Чиёда». Следом налет начали самолеты с авианосцев «Cabot» и «Monterey».
Недалеко от цели самолеты 8-й воздушной группы наткнулись на 6 истребителей «Zero». Американские истребители вступили с японцами в бой. Шифли заявил две победы, а потом долго кружил, стараясь оторваться от севших ему на хвост трех истребителей.
Пилоты VF-10 заявили 7 побед, потеряв один «Hellcat».
Всего американцы заявили 26 побед, в том числе 22 пилоты истребителей «Hellcat».
Японским зенитчикам удалось сбить шесть американских бомбардировщиков, но ни одного истребителя. В воздушных боях в районе эскадры американцы потеряли шесть истребителей «Hellcat». Истребители вылетели с полными бензобаками (1500 л), поэтому находились в лучшем положении, чем бомбардировщики и торпедоносцы. В 20:30 первые самолеты оказались в пределах видимости Task Force 58. Адмирал Мичер приказал пойти на риск и осветить полетные палубы, чтобы упростить посадку самолетов. Почти каждый корабль из TF-58 направил в небо несколько прожекторов, и над флотом в небо вознеслись многочисленные столбы света.
Многие SB2C и ТВМ приводнились в районе эскадры. Всего на подлете американцы потеряли 14 истребителей «Hellcat», разбившихся при посадки, или упавших в воду. Все эскадрильи потеряли хотя бы по одному самолету. Труднее всех проходила посадка у пилотов VF-2 Билла Дина. Семь F6F-3 с авианосца «Hornet» — то есть половина от вылетевших самолетов — была потеряна в результате небоевых причин. Пять самолетов разбились об ограничительные барьеры (в том числе три, садившихся на палубу авианосца «Yorktown»), два приводнились, но все пилоты остались живы.
Американцы сумели захватить полное господство в воздухе над Марианскими островами. Следующий бой имел место лишь 23 июня 1944 года, когда самолеты из VF-15 атаковали 18 «Zero» в районе Ороте. Истребители с авианосца «Essex» заявили 14 подтвержденных и 3 вероятных победы, потеряв два самолета и двух пилотов.
Позднее в тот же день три оперативные группы направились к Эниветок на отдых и заправку, a TG-58.1 взяла курс на север к Иводзиме. Воздушные группы с четырех авианосцев контр-адмирала Джоко Кларка («Hornet», «Yorktown», «Bataan» и «Belleau Wood») должны были нанести новый удар по перевалочной базе, через которую японцы направляли на Марианы самолеты.