Радары американских кораблей обнаружили приближение вражеских самолётов в 8:55 на расстоянии 70 миль от соединения, находившиеся в воздухе истребители “Йорктауна” уже собирались садиться для дозаправки, но им было приказано оставаться в воздухе вне досягаемости зенитных орудий. Наведение истребителей осуществлялось по данным радиолокатора с “Лексингтона”, который был ещё очень не совершенен, он не давал данных о высоте полёта. Считалось, что нельзя отправлять истребители на большое расстояние от авианосца, чтобы они не разминулись с противником из-за разницы в высоте, истребители держались на высоте не более 3000 метров вблизи от авианосца для атаки бомбардировщиков в момент перехода в пикирование, с этой позиции они могли перехватить и торпедоносцы. “Донтлессы” для перехвата в момент выхода в атаку торпедоносцев патрулировали на высоте 500-600 метров. Пять истребителей эскадрильи VF-2 были отправлены навстречу противнику и установили контакт с ним в 20 милях от авианосцев. По их докладу приближалась группа от 50 до 60 самолётов, шедшая тремя эшелонами на высотах от 3000 до 4000 метров. Двум из пяти истребителей было приказано атаковать торпедоносцы, шедшие в нижнем эшелоне, а оставшиеся три набрали высоту и попытались перехватить пикировщики.
Восемнадцать «Зеро» сопровождения даже близко не подпустили их к ударным самолётам. Первые самолёты противника были замечены сигнальщиками кораблей в 9:13, оставшиеся в ближнем патруле 4 “Уайлдкэта” из VF-2, восьмёрка истребителей “Йорктауна”, у которой заканчивалось топливо и “Донтлессы” бросились на перехват. Им удалось сбить более десятка самолетов, но в основном после выхода из атаки, когда бомбы и торпеды были сброшены, многие из японских самолётов получили повреждения и не дотянули до своих авианосцев.
Атака началась в 9:20, авианосцы и корабли охранения, не имевшие опыта совместного маневрирования разделились на две группы, что снизило эффективность зенитного огня. Такахаси организовал классическую скоординированную атаку, но потеря накануне самых опытных экипажей отрицательно сказалась на её результатах.
“Лексингтон” выделялся на фоне других кораблей своими огромными размерами, поэтому стал основной целью, а так как маневренность его была не высокой, то и процент попаданий в него оказался самым большим. Пикировщики атаковали одновременно с разных направлений, в то же время 10 торпедоносцев двумя группами заходили со стороны носа с обоих бортов под углом в 45 градусов от курса корабля, поворачивая к одной из групп он обязательно подставлял борт под торпеды другой.
“Лексингтон” повернул влево и торпеды, сброшенные этой группой, прошли с обоих бортов, но группа заходившая справа отстала (потеря лучших пилотов накануне не прошла даром) и корабль успел повернуть к ним носом, правой группе пришлось разделиться и снова заходить с двух сторон. В общем, всё смешалось, две торпеды прошли под кораблём слишком глубоко, две некоторое время шли параллельным курсом обгоняя авианосец и только плохая маневренность “Лексингтона” явилась причиной попадания двух торпед в левый борт.
Кроме них три бомбы разорвались в воде рядом с левым бортом и нанесли повреждения его подводной части не меньше торпед, в результате он получил крен 7 градусов, так же в корабль попало пять бомб (по другим данным две) от взрывов которых в нескольких местах вспыхнули пожары.
Восемь торпедоносцев атаковали «Йорктаун», но меньший по размерам и более маневренный корабль легко уклонился от идущих в него торпед. Пикировщики смогли попасть в него одной 450-ти килограммовой бомбой, пробившей 4 палубы и взорвавшейся в авиационной кладовой, погибло 37 человек, начавшийся пожар был быстро ликвидирован, две бомбы взорвались рядом с кораблём в воде, но нанесли лишь незначительные повреждения. Вся атака продолжалась девять минут.