远方飞来的正是由中本大尉领军的日军第一攻击机群，它们此时距美军舰队的距离已经不到110公里。如果双方全速对进，5分钟后空战就将轰然打响。依靠这点时间，美军战斗机很难爬升到足够高度占据有利攻击位置，情况万分危机！“敌人的飞机实在太多，”参谋长伯克上校说，“小伙子们一次怎么也打不完。”
就在这生死存亡的危机关头，天空中出现了异常诡异的一幕。日军机群忽然停止前进，在原地兜起了圈子。关于这一延误有两种不同的说法。美国战史专家巴雷特·蒂尔曼的观点是，日军指挥官缺乏实战经验，直到此时才开始向飞行员们分配攻击任务，因而造成了耽搁。但更多人认为是日军飞行员技术欠佳，机群突然出现了混乱，不得不盘旋10分钟重新编组队形。老酒认为后一种可能性更大一些。先后在“苍龙”号、“瑞凤”号、“瑞鹤”号、“祥凤”号上服役的中本可是参加过包括偷袭珍珠港在内的多次战斗的老鸟，断不至于犯下如此幼稚的错误。但是不管出于何种原因，日军这种延误带来的后果都是致命的。
最先与日机交火的是“卡波特”号战斗机中队。这个中队绰号“刀斧手”，每架飞机的机身上都画着一把飞刀，飞行员们的座右铭是“横刀杀敌”。事实证明，美军轻型航母战斗机飞行员虽然出手机会不多，但在战斗中的表现一点也不必重型航母上的同伴们逊色。9时15分，詹姆斯·斯图尔特上尉率领6架“地狱猫”在舰队285度、100公里空域与25-33架零战迎头相遇。持续长达8个半小时的激烈空战就此拉开帷幕。
拥有高度优势的斯图尔特首先对1架零战发起俯冲，后者连续作半滚倒转机动，试图规避。斯图尔特跟随日机降低高度，从5点钟方向连续开火将敌机击落。当他重新爬升获得高度后，迎面遇上了1架平飞的零战，斯图尔特从12点方向射出的子丨弹丨击中了敌机的发动机、座舱和翼根，那架日机很快起火坠毁。随后斯特尔特咬住了370米外的另一架敌机，从7点钟方向将其击落海中。在这段时间里，他的僚机飞行员亚瑟·霍金斯中尉也击落了3架敌机。
“埃塞克斯”号战斗机中队中队长查尔斯·布鲁尔少校带领两个4机小队赶来增援。9时38分，布鲁尔翻滚进入俯冲，接连干掉了1架“彗星”和3架零战。他的僚机飞行员理查德·富勒少尉在遇到一次来自左侧的攻击后与中队长失散，但他很快反应过来，独自向日机发起了进攻，声称共击落4架零战。该中队其他飞行员声称击落敌机15架，其中乔治·卡尔中尉一人就击落5架。不过他和布鲁尔一样把日军的“天山”当作“彗星”了，日军第三航空战队3艘航母的甲板太短，速度不够，由它们派出的第一攻击波中没有俯冲轰炸机。
整个特混舰队的战斗机引导频道里充满了“各种古典式怒吼”—老酒不理解这怒吼还有古典式，和现代式到底有什么区别—“地狱猫”以分队或小队为单位纷纷扑向敌机，舰船上的水兵们看到远方天空中到处都在爆炸，不断有飞机拖着火焰和浓烟坠入大海。在接下来的25分钟里，来自其他中队的54架“地狱猫”冲入战场。“大黄蜂”号战斗机中队中队长威廉·迪恩中校率8架“地狱猫”投入战斗，他们接到的命令是爬升到“天使25”高度去截击“超过100架的敌机”。途中他们首先遇到了日军攻击机编队，于是从高空俯冲而下，一举击落9架零战和3架“天山”。迪恩本人击落1架零战，丹尼尔·卡迈克尔中尉击落2架“天山”和1架零战，当天跻身“王牌”之列。剩下日机按下机头俯冲逃离，迪恩率队在后穷追不舍，不时有日机拖着长长的黑烟从空中坠落。
回到“大黄蜂”号之后，被称作“开膛手”的战斗机中队居然直率地认为，这些零战“是我们遇到过的最好的”。迪恩向航空参谋报告说，“差不多整一个小时，我都在战斗中保命”。迪恩与僚机分散后遭到零战攻击，他在击落2架敌机后俯冲逃脱。日军飞行员技术虽差，但一点不缺乏勇敢精神。勒罗伊·罗宾逊少尉的飞机被日军击伤，他顽强驾机降落在最近的一艘航母上，最后返回了“大黄蜂”号。在第一次截击中，迪恩中队没有飞机被日军击落。
日军编队仅仅飞出32公里，就被四周蜂拥而至的“地狱猫”冲得七零八落。它们分别来自“约克城”号、“考彭斯”号、“普林斯顿”号和“蒙特利”号。“约克城”号航空大队长詹姆斯·彼得斯中校亲自率6架“地狱猫”升空迎战，战斗机中队中队长伯纳德·斯特林少校率领另外10架，还有5架自成一队。他们从9150米高空一直追杀到1500米，共遇到35架零战或“飞燕”—美军飞行员识别有误，那显然是日军的“天山”—声称击落其中的30架。理查德·伊斯特蒙德上尉获得4个战果，其他4名飞行员各击落3架。斯特林少校没有部下表现出色，他本人仅击落了2架日机。
战列舰“印第安纳”号主炮炮手乔治·萨雷特如此描绘当时看到的壮观场景：“抬起头，看见我们的飞机暴雨般砸向敌人机群，很快敌机就像雨点一般落了下来：有些飞机翻着奇形怪状的跟斗，有些凌空爆炸，有些着了火，还有些在空中碎成几块。我看见一个三机编队中的1架飞机撞上了它的2架僚机，3架飞机一同转着圈儿栽了下来。中弹日机纷纷拖着浓烟坠向海面，就像一支粗大的铅笔正在天空胡乱涂抹一样。”
“卡波特”号上，战斗机中队长罗本·温斯顿少校和两名少尉飞行员同时冲向甲板上最后一架可以起飞的“地狱猫”。跑得最快的少校纵身跃进座舱，在提升高度时差点被2架被击落的日军飞机砸中。3月以来温斯顿的战绩为零，这让他在一众小兄弟面前实在有点抬不起头。可惜他升空太晚了，空中剩下的几乎全是自己的飞机，看来打破零蛋暂时无望了。温斯顿急得都快哭出来了。
日军第一攻击波中的大部分飞机还未接近美军舰队就已被击落，特别是那些挂载丨炸丨弹的零战，在“地狱猫”面前别说还手之力，连招架之功都没有了。战斗仅持续了数分钟，包括中本—他后来被追晋海军少佐—座机在内的8架零战、31架战斗轰炸机、2架“天山”就被击落，美军仅损失“地狱猫”3架，其中包括“普林斯顿”号战斗机中队中队长欧内斯特·伍德少校的飞机。
只有少数幸存者突破了美军战斗机构筑的防线。几架战斗轰炸机攻击了第七大队以西18公里处的第一零六驱逐舰分队。9时45分，正以127毫米主炮对空射击的“斯托克汉姆”号遭到2架零战攻击。驱逐舰上的水兵们知道，战斗机除了扫射一般不具备攻舰能力。但这次日本人的零战竟然玩起了俯冲，还真忽悠悠地扔下来了一颗丨炸丨弹，着实把美国人吓了一大跳。可惜日军飞行员的准头欠佳，丨炸丨弹落在驱逐舰前方1000米处。其余3艘驱逐舰也纷纷开炮，“特文宁”号和“亚纳尔”号各击落日机1架。说老实话，飞机攻击块头不大、灵活轻便的驱逐舰确实困难，何况日军飞行员大多是新手。
当“印第安纳波利斯”号的战斗警报拉响时，斯普鲁恩斯正在巡洋舰甲板上悠闲地散步，对周围的一切似乎充耳不闻。舰长艾纳·约翰逊上校咆哮着冲进了作战室，要求参谋长穆尔马上将领导拉进来，以便他能对空炮击。斯普鲁恩斯带着穆尔和众参谋登上了舰桥，观摩日本人的第一轮攻击。1架日机掠过旗舰舰桥，美军炮手向天空追踪射击获得命中，那架日机摇摇晃晃坠落在不远处的海面上，舰上传来了一阵欢呼声。斯普鲁恩斯一言未发，只轻轻地摇了摇头。因为全部作战已交由米切尔负责，他在之后的大部分时间里都是坐在一张椅子里静静地阅读。
众多“地狱猫”起飞之后，从9时29分到45分，美军航母开始放飞轰炸机和鱼雷机以腾空甲板。飞行员得到的指令是“不要挡路、尽可能往高处飞”。他们奉命先飞往岛东的安全区域。米切尔后来解释说，“除战斗机之外，其它飞机都要从甲板上清空。为保证有大批可全力发挥的战斗机应对持续的战斗，战斗机要轮流升空、降落，加油、补充弹药、维修以及再升空。为此，特混部队不得不始终保持逆风航行。”
就在众多战斗机猎杀第一波日机的同时，79架“地狱俯冲者”、28架“无畏式”—它们全来自“企业”号和“列克星敦”号—46架“复仇者”在45架“地狱猫”的护航下轰炸了关岛陆上机场。遭到多轮空袭的关岛基地向小泽拍发了提醒电报：“本日10时之后，连续有敌机来袭，机场及设施受损严重。”
小泽于11时07分收到了这份报告，他感觉遭受重大打击的角田部队已不可能给予自己更多的帮助。