Следующий контакт противников произошел над островом Гуам и представлял собой воздушный бой между авианосными самолетами американцев и истребителями берегового базирования японцев. В дальнейшем бой представлял собой обмен ударами корабельной авиации. В промежутке между 10 и 15 часами самолеты с авианосцев Озава совершили четыре массированных налета. Строй японской эскадры состоял из двух групп кораблей. В первую входили три небольших авианосца («Чиода», «Читосэ» и «Дзуйхо») в прикрытии четырех линкоров, девяти тяжелых крейсеров и восьми эсминцев. Этот отряд выполнял функцию своеобразного щита. Позади него шли основные силы из четырех авианосцев в прикрытии линкора «Нагато», крейсеров и эсминцев. В первом налете принимали участие 69 самолетов. Обнаруженные заранее на дистанции в 150 миль японские самолеты не представляли особой опасности, так как время позволяло подготовиться к их встрече.
Из 69 самолетов было сбито 44, только некоторые из них смогли пробиться и атаковать эсминцы охранения, но их разрозненные действия успеха не имели. Несколько бомбардировщиков сумели атаковать линкоры адмирала Ли. Одному из них удалось попасть 250–кг бомбой в линкор «Саут Дакота». Это было единственное попадание за весь день.
На линкоре погибли 27 человек и были ранены еще 23, однако корабль продолжал выполнять свою задачу. Во втором ударе принимали участие 118 самолетов. Однако их число было уменьшено в результате ошибочного обстрела с кораблей адмирала Курита — два самолета были сбиты, а восемь повреждены и вернулись на свои авианосцы. К американским кораблям прорвалось не более двадцати японских самолетов. Они атаковали линкоры, но особых успехов не имели. Один самолет врезался в борт линкора «Индиана», однако торпеда, которой был этот самолет вооружен, не взорвалась. Остальные корабли сумели уклониться от сброшенных бомб и торпед. В результате близких разрывов бомб были убиты и ранены несколько десятков человек. Из этой группы самолетов на авианосцы не вернулось 97 машин.
Третья группа, включавшая 47 самолетов, вначале несколько заблудилась, затем долго выбирала цель для атаки и наконец попыталась ее провести против американских линкоров, но была отогнана и отступила, потеряв всего 7 самолетов, но успехов никаких не имела. Последняя, четвертая волна из 82 самолетов также успехов не имела и потеряла 73 самолета, ничего не добившись. В целом Озава потерял более половины своих самолетов при практически нулевом результате.
Рассмотрим теперь боевую деятельность американского авианосного соединения. Впервые о японском соединении американский командующий узнал во втором часу ночи 19 июня. Невероятно, но в следующий раз корабли Озава были обнаружены воздушной разведкой только в 16 часов 20 июня. До этого адмирал Митшер получал сведения только от подводных лодок и один раз от самолета — дальнего разведчика берегового базирования. Несмотря на наличие большого количества самолетов–разведчиков, в том числе и ночных, американский командующий не делал серьезных попыток произвести глубокий поиск противника. (Есть мнение, что Митшер заботился о своих летчиках и берег их силы или приберегал самолеты до того момента, когда японские корабли сократят дистанцию, с тем чтобы нанести по ним удар всей мощью своих самолетов.) Так или иначе, разведка произведена не была, а корабли Озава находились в это время в 325 милях от американцев, то есть практически на пределе дальности полета американских палубных самолетов. Возможно, Митшер это просчитал и не послал разведчиков, так как атаковать японские корабли все равно было практически невозможно.
Озава не забывал о разведке и утром 20 июня отправил группу гидросамолетов на поиск противника Американское соединение обнаружено не было, но часть самолетов не вернулась. Несколько позже, уже окольным путем, через авиацию берегового базирования, было получено местонахождение американских кораблей. Озава решил повторить удар. Но в 13 часов, когда он перенес свой флаг на авианосец «Дзуйкаку» (до этого он находился на крейсере), адмирал узнал, что в его распоряжении осталось не более 100 самолетов. Однако Озава не отказался от решительных действий и начал преследование американского соединения. Шло время, а противника все не было.