平时，米彻尔对飞行员有慈父般的心肠，很少派遣他们去执行冒险的任务。但是此刻，已经蛩伏18个月之久的日军机动舰队已经进入美军舰载机的攻击范围，又怎能轻易放它们溜走？看似复杂的问题解决起来非常简单，那就是立即出击攻敌。一旦在派出攻击队一事上出现犹豫，追上日军航母的希望将更加渺茫。伯克感觉米切尔已下定了决心，“他告诫飞行员们要节约燃油，称他们很可能在黄昏或夜间返回，所以必须为此做好准备。”伯克说，“米切尔认为这是抓住日军、摧毁他们的最后一次机会。”随着攻击命令的发出，各航母待机室的电传打字机收到的是同一条电文：“飞行员，启动你们的飞机！”
飞行员们对飞行如此长的距离似乎并不特别担心。“企业”号俯冲轰炸机中队中队长詹姆斯·拉梅奇少校后来回忆说：“起飞之前，我们获悉日军舰队在我们西面270海里，还在战斗半径之外。不过看起来上面人没把它当作一个问题。但是起飞之后，我们发现日军舰队比最初的报告还要远一个经度。考虑到这些因素，我几乎可以确定，所有‘无畏式’都要下海洗把澡了。对‘地狱猫’和‘复仇者’我并不太担心，它们的腿比我们要长一些。”另外还有一点少校没说，“无畏式”携带的都是454公斤重磅丨炸丨弹，而“复仇者”装载的丨炸丨弹只有它们的一半重量。
14时45分，“大黄蜂”号舰长威廉·桑普尔上校发出了飞行员等机的命令。克拉克少将难以抑制心头的激动，通过信号灯给好友“奥克兰”号轻巡洋舰舰长威廉·菲利普斯上校发去了信号，“让‘东京玫瑰’做好准备，我们要出击了！”广播正在播放有关敌舰位置的消息，很多飞行员在担心距离问题。他们要飞一个来回，目前敌舰位置已超出了绘图板上的航程圈。威廉·沃恩少尉发现飞机的陀螺地平仪坏了，这对很可能要依靠仪表飞行的返航路程是非常危险的，但他还是毫无犹豫地登上了飞机，日军航母的诱惑力实在太大了。俯冲轰炸机中队的杰克·泰勒中尉说，日军机动部队是他今天23岁生日的最好礼物。
从15时开始，第一大队的46架战斗机、27架俯冲轰炸机和20架鱼雷机开始依次起飞。第一个升空的是“大黄蜂”号飞行大队长杰克森·阿诺德中校的“地狱猫”，随后起飞的是战斗机中队中队长威廉·迪恩中校的飞机。因为战斗机重量轻，速度快，起飞时需要的甲板较短，因此它们率先升空，朝着西斜的太阳攀升。为了与攻击机协同出击，他们只能先在航母上空盘旋等待。15时28分，俯冲轰炸机中队中队长格拉夫顿·坎贝尔少校的“地狱俯冲者”起飞了。2分钟后，曾参加圣克鲁斯海战的弗雷德·胡佛上尉的“复仇者”也升空了。15时45分，上述飞机在航母上空完成编队，在大队长阿诺德的带领下向日军舰队所在海域疾驰而去。
除“普林斯顿”号之外，美军其它航母的飞行甲板上也在进行着同样的作业。美军实施攻击的战机共236架：“地狱猫”101架、“地狱俯冲者”51架、“无畏式”27架、“复仇者”57架。所有“无畏式”均来自“企业”号和“列克星敦”号，“卡波特”号、“蒙特利”号和“圣贾辛托”号没有出动“地狱猫”。由于5架战斗机、1架俯冲轰炸机和3架鱼雷机因故障返航，实际上参与攻击的美机只有227架。参战412名机组成员中有飞行大队长4名，中队长13名。毫无疑问，他们都是久经战阵的“老鸟”。美国人对此次攻击可谓志在必得。
14时53分，米切尔致电斯普鲁恩斯：“希望派出我们所有的飞机，但我们将不得不在夜间收回攻击部队。”持续一天的东风在很大程度上影响了美军的行动，航母在放飞机群期间不得不持续向东行驶，此举将进一步拉大与敌人的距离。15时44分，米切尔再次致电斯普鲁恩斯：“已经派出飞行甲板上的攻击队，希望在明早能够放出第二波。完毕。”攻击机群起飞之后，米切尔下令舰队变航向为315度，航速15节，以尽量缩短攻击机返航的距离。
侦察机发回的更正位置对美国人来说无疑是雪上加霜：日军舰队比原来又远了110公里。米切尔一度考虑召回第一攻击波，但在与伯克及众参谋商议之后，他放弃了这一想法，只是取消了正准备出击的第二攻击波。米切尔希望第二天上午还有飞机可用。
由于攻击距离几乎处于作战半径的边缘，出击的美机无法以最大速度扑向目标，只能以经济航速缓慢前进。飞行员们迅速将混合比切换到贫油，降低发动机转速以减少油耗。他们要想尽办法让飞机飞出更远的距离。很多飞行员喜欢在低速飞行时打开座舱盖—就像咱们在普通道路上行驶时喜欢打开车窗一样—但是现在，飞行员和机枪手们全都关上了座舱以减少阻力。泰勒中尉的僚机拉尔夫·雅西少尉想不出能飞回来的理由，但仍义无反顾地跟着长机飞行。他后来回忆—能回忆的人都是幸运儿，对日本人来说更是如此—说，“我们一路向西，向西，再向西。好几次觉得好像看见了前面的舰队，但最后发现那不过是云层在海面上的投影而已。”
距离太远正是美军出动尽可能多的“无畏式”、而把大量更先进的“地狱俯冲者”留作预备队的原因，“无畏式”的经济航程要远一些。第五十八特混舰队仅有2支“无畏式”俯冲轰炸机的中队，它们分别来自“列克星敦”号和“企业”号。这两支老部队从1942年一直战斗到现在，飞行员大多经验丰富。值得特别一提的是，对“无畏式”这种在1942年立下不朽功勋的名机而言，这次是它们在战争中的告别演出，它们随后将被“地狱俯冲者”取代，仅被作为教练机使用。为“无畏式”争得一世英名的麦克拉斯基中校—中途岛海战时还是少校—也参加了“征粮者行动”，他现在是特纳第五两栖舰队“科雷希多”号护航航母的舰长，美军海航每年颁发的“最佳攻击机中队奖”就是以他的名字命名的。
15时44分，米切尔向斯普鲁恩斯报告说，“已经派出飞行甲板上的攻击队，希望明早派出第二波。完毕。”16时48分他再次汇报说，“希望继续现在航向及航速，直到有其它指示为止。”18时25分，他下令变各大队之间的距离为28公里。
18时35分，斯普鲁恩斯通过TBS与米切尔通话：“认为第五十八特混舰队应该于今晚在战术上保持兵力集中，并尽力以可行航速接近敌人，以保持日军处于我方航空攻击的范围之内。”