当天美军的攻击还有一项辅助任务，对将要登陆的三岛实施航空拍照。因为几乎没有日机起飞迎战，这项工作得以顺利完成。尽管出动了近1800架次战机，但美军当天对机场和岛上设施的轰炸效果并不理想。飞行员声称丨炸丨弹命中了几乎所有目标，但他们报告的准确性无法核实。日军火炮哑火不能证明它们已经被摧毁，或者是日军在节省弹药，或者为了避免被美军准确测位而主动停火。根据美国海军专家的测算，面对一个直径8米的地面目标，俯冲投弹的直接命中率约为300分之1，滑翔轰炸的命中率下降到600分之1，高空水平轰炸的命中率仅为万分之一。根据航拍情况来看，被破坏的主要是日军的地面设施和指挥所，被捣毁的火炮寥寥无几。要想彻底摧毁它们，必须由水面舰艇的大口径火炮亲自出面。
6月13日，美军的空中打击仍在持续。四个大队分别出动舰载机277、122、308、164架次，进攻方式与前一天相仿。弗兰克·德尔加多中尉的鱼雷机摧毁了阿斯利托机场北侧的一座机库，在撤离时被日军75毫米口径炮弹击中，他和两名机组成员成功跳伞，却在海上遭到日军岸炮轰击阵亡。
相比而言，“大黄蜂”号战斗机飞行员唐·勃兰特少尉就幸运得多。他的飞机在轰炸关岛奥罗特角时被日军防空炮火击中，飞机冒出了一股浓烟。远远看到这一场景的大队长杰克森·阿诺德中校紧急呼叫他不要跳伞，因为从目前位置跳只能落在岛上，肯定会落到日本人手中，他们对俘虏可是不会客气的。勃兰特顽强飞出一段距离后成功跳到海里，他的几名队友则驾机来回扫射海岸，以阻止日本人下海将他抓走。勒莫因中尉主动放弃了攻击，飞来向同伴投出了救生筏。10时14分，阿诺德联系上了数公里外的美军潜艇“刺鲈”号，同时下令“地域俯冲者”轰炸日军沿岸炮位，这些大炮会威胁到潜艇的安全。看到1艘日军巡逻艇快速驶出准备抓人，美军一个小队4架“地狱猫”立即俯冲扫射将之逼退。
11时15分，得知勃兰特还在日军岸炮的射程之内，“刺鲈”号艇长塞缪尔·卢米斯少校下令向港口潜航。多亏周边海水很深—马里亚纳海沟正是因水深举世闻名—潜艇还真潜了进来。后来勃兰特这么形容说，“我忽然看到前方的海面上出现了一架伸出半米多的潜望镜，它逐渐减速，然后停下了。我迅速划过去，用救生筏上的绳子拴住了潜望镜，然后我们就开始驶向港外了。后来我才知道，原来潜艇是在倒船，港内转弯的空间不够。我感觉过了很久很久，我们才到了海岸之外1公里多的地方。他们收起了潜望镜，上浮到水面把我接了上去。”
这一大费周章的营救行动最终获得圆满成功。在潜艇上，勃兰特竟然邂逅了头一天空战中被击落的同伴约翰·瑟西上尉。眼下潜艇没有余暇把他们送回航母，两人30天后才被送到埃尼威托克环礁，7月末才重返中队。按照惯例，当驱逐舰或潜艇将营救上来的飞行员送回航母时，飞行大队通常要用5加仑冰激凌来换回飞行员。至于阿诺德最后给没给人家卢米斯10加仑冰激凌，老酒就不太清楚了。
在当天的空袭中，“列克星敦”号鱼雷机中队中队长罗伯特·伊斯利少校和“企业”号鱼雷机中队长威廉·马丁少校的座机双双被日军高射炮火击落，伊斯利机组无人生还。美军攻克塞班岛之后，特意将阿斯利托机场更名为伊斯利机场，以纪念这名阵亡的飞行员。可惜因为美军逐渐加快了推进速度，这些后来更名的机场—包括罗伊岛的迪埃斯机场和贝蒂奥的霍金斯机场—都没有最初的亨德森机场那么有名，人家瓜岛战役可是打了整整半年。马丁少校则幸运得多，他被“印第安纳波利斯”号的水上飞机成功救起，但电报员和机枪手却随机同沉。这天还有一名著名飞行员阵亡。根据生卒日判断，日军侦察能手千早少佐在当天阵亡，死因不详，随后他被特晋两级为海军大佐。
就在航空战进行的同时，13日上午，塞班岛西北海岸又出现了一支威风凛凛的强大舰队。为强化舰载机的攻击效果，当天清晨5时15分，米切尔中将下令第七大队重新集结，以舰炮火力打击塞班岛。上午10时40分，随着“华盛顿”号上的李中将一声令下，美军7艘新式战列舰、11艘驱逐舰开始对塞班岛和提尼安岛西岸猛烈开火，打击目标包括岸防阵地、炮兵阵地、弹药库等比较坚固的目标，港口和雷区等需要密集火力覆盖的区域。舰上那些受过严格对舰训练的水兵们自认为炮击岸上目标非常简单，个个脱光上衣甩开膀子将一发发重磅炮弹塞进炮膛，以最大射速向目标区发射。战列舰动怒端地是非同小可，重磅丨炸丨弹在空中划出一道道弧线在岛上炸响，所到之处火光冲天，烟雾弥漫，整座岛屿都被浓烟和火光笼罩住了。军官们提醒炮手要注意节约弹药，因为最近的补给基地埃尼威托克环礁距前线也有2000公里。但在美国大兵脑子里，节约的概念根本就不存在。白天的炮击持续长达7个小时，共向岸上倾泻炮弹14440发—406毫米炮弹2432发、127毫米炮弹11737发、127毫米照明弹247发、127毫米白磷弹24发。黄昏时分，主力舰队撤走之后，李中将留下5艘驱逐舰继续以炮火骚扰目标地区，不让日军有片刻松懈。这种全天候的不间断炮击可以防止日军及时修复被毁阵地，变更指挥所或兵力调动也变得异常困难。
场面看上去非常热闹，各舰舰长汇报时都对炮击效果感到乐观。但是因为他们并未受过炮击岸上固定目标的专业训练，实际效果并不理想。首先，急速射击产生的浓烟严重干扰了视线，使得瞄准和校正非常困难，射出的炮弹只是落在目标区域，很少获得直接命中。其次，因为忌惮日军在近海部署水雷，所有火力支援舰都在距岸8公里外，炮击精度大大降低。第三，由于炮弹出口速度过高且弹道低平，除海岸线和正面斜坡之外，很难击中其它目标。第四，高速战列舰的空中观察员同样缺乏校正和识别地面目标的训练和经验，一定程度上影响了炮击精度。虽然日军查兰卡诺亚的大型农舍和制糖厂被悉数摧毁，但布设在地下掩体中的炮位几乎完好无损。有人戏称，“由海军出资开展的这次垦荒活动，不仅可以耕种田地、修剪树木和收割庄稼，还为岛上的土壤增加了不少铁元素。”
虽然霍兰·史密斯派出的舰炮联络官对当天的炮击效果持怀疑态度，但斯普鲁恩斯还是对使用快速战列舰实施近岸炮击作出了说明：“已经在重型舰船上装载了一定数量的高爆弹，没有在大量削减舰队所必须装载的穿甲弹的条件下完成了炮击。这种舰炮打击是有作用的，但绝不是为了取代老式战列舰的近距离舰炮打击，只是近距离舰炮射击的一次预演。”
岛上日军第四十三师团的报告验证了霍兰特派员的说法，“虽然加拉潘和查兰卡诺亚的城市街道被摧毁殆尽，但人员伤亡相对轻微。”不过岛上的日本陆军士兵还是被猛烈的炮击给吓坏了。一名士兵这样记录道，“敌人海军舰炮对空袭的支援实在太可怕了。即使到了晚上，他们的舰炮射击和以前一样根本不停。从下午17时开始，我们和大队部的通讯联络已经中断。”海军相对见世面较多，一名海军军官说，美军舰炮打击开始后不久，他就下令瞭望哨、消防组和所有工程人员撤入山洞，他本人则带着两名助手留在被摧毁工程部的阳台上这名军官不无自豪地宣称，“我们勇敢地和5瓶啤酒一起留守，美国人的炮击水平实在太差了。”