美军此时在南太平洋地区的海军兵力共有三个编队，第16特混编队，由金凯德少将指挥，编有航母1艘（“企业”号）、战列舰1艘，巡洋舰2艘，驱逐舰8艘，舰载机82架；第17特混编队，由莫雷尔少将指挥，编有航母1艘（“大黄蜂”号）、巡洋舰4艘，驱逐舰6艘，舰载机87架；第64特混编队，由李少将指挥，编有战列舰1艘、巡洋舰3艘、驱逐舰6艘。

　　10月20日前后，第16、17特混编队先后出海。

　　10月23日，美军的巡逻飞机在圣埃斯皮里图岛以北650海里处发现日军航母编队。当晚，圣埃斯皮里图岛的岸基航空兵就派出数架水上飞机携带鱼雷前去攻击，没有找到日军航母，就攻击了日军的“筑摩”号巡洋舰，但没有取得战果。

　　10月24日十时许，第16、17编队在圣埃斯皮里图岛东北270海里会合，哈尔西指定由金凯德统一指挥，命令他率部前往圣克鲁斯群岛以北，以阻截驶向瓜岛的日军舰队。而第64特混编队则前出到瓜岛海域，阻止日军对瓜岛的增援和对机场的炮击。

　　日军机动部队司令南云认为美军在图拉吉岛和圣克鲁斯群岛都部署有航程较大的水上飞机，只要进入距这些岛屿650海里范围里，就可能被发现，为了不重蹈中途岛战役的覆辙，南云决定尽量隐蔽自己，几天来只要被美军发现就向北撤。山本对南云的这种过分谨慎极为不满，命令他不顾天气和敌情，坚决投入战斗。但当日军的“筑摩”号遭到美军水上飞机攻击后，南云仍再次率部北撤。山本知道后，又来电督促他前进，于是，南云不得不掉头南下。

　　10月25日，双方舰队的距离在迅速缩小，但都不知道对方的具体位置，为此都派出飞机全力搜索。

　　五时许，哈尔西向金凯德发出了著名的命令：“进攻！进攻！再进攻！”

　　十时许，美军的一架水上飞机在航母特混编队西北360海里处发现日军的2艘航母，但因为雨大云厚，很快失去了与日舰的接触。十一时三十分，金凯德命令“企业”号派出12架飞机前去侦察，又于十二时二十分再加派29架飞机前去攻击。由于日军被发现后就转向北撤，这两批飞机都未找到目标，返回母舰时天色已黑，其中一架在着舰时坠毁，另有六架因燃料耗尽在海上迫降。

　　十六时，日军机动部队转向南进，十九时，前进部队也转向南进。山本随即发出指示：“陆军计划于今夜攻占机场，敌军舰队明日在瓜岛海域出现的可能性极大，联合舰队务必将其歼灭。”这时日军联合舰队的态势是：机动部队的战列舰编队在前，航母编队则在其后面50海里；前进部队位于机动部队的西北100海里，其战列舰编队在东，航母编队在西，这四个编队都相距不远，彼此都能看到，以便协同，一起向南搜索前进。

　　10月26日二时许，日军机动部队派出13架飞机分扇区进行搜索。

　　三时许，金凯德命令“企业”号航母出动16架侦察轰炸机，以两机为一组，分扇区搜索，每机都携带一枚227公斤炸弹，一旦发现目标就可立即实施攻击。

　　美军的一个双机组在距“企业”号85海里处遇到了日军的一架侦察机，双方都急于寻找对方的舰队，互不理睬，擦肩而过。

　　四时十七分，美军的这个双机组发现了日军机动部队的战列舰编队，并继续向北搜寻日军的航母编队。

　　四时五十分，日军的那架侦察机发现了美军舰队，并立即发回报告，可惜把自己的编号报错，使得所报的方位有误，也就使母舰无法马上派出飞机。

　　五时许，美军的另一个双机组发现了日军机动部队的“瑞凤”号航母，日军立即起飞9架战斗机拦截，同时“瑞凤”号一面施放烟幕，一面规避。美机躲入云层，巧妙避开了日机的拦截，然后突然从云中俯冲而下，向“瑞凤”号投下了炸弹，一枚炸弹命中，将飞行甲板炸开了一个直径15米的大洞，使其无法再回收飞机，舰长只好起飞剩下的所有飞机，然后在2艘驱逐舰的保护下向北撤退。

　　在美机攻击“瑞凤”号之前，南云就得到了美军舰队正确位置的报告，遂于五时二十五分起飞21架轰炸机、20架鱼雷机和21架战斗机，共62架飞机向美舰飞去。

　　金凯德接到发现日军报告后，五时三十分命令“大黄蜂”号出动第一攻击波，15架轰炸机、6架鱼雷机和8架战斗机，共29架，六时“企业”号出动第二攻击波，3架轰炸机、8架鱼雷机和8架战斗机，共19架，六时十五分“大黄蜂”号起飞第三攻击波，9架轰炸机、9架鱼雷机和7架战斗机，共25架，先后向日军飞去。

　　日美双方的攻击机群正巧在途中相遇，起初双方互不理会，突然12架日军战斗机出列，迅速抢占有利高度，冲向美军第二攻击波的飞机，随即爆发了空战，美军损失鱼雷机、战斗机各3架，日机则损失4架。

　　六时四十分，美舰雷达发现一批飞机正在逼近，但和己方的出击机群航向一致，一时分不清敌我。等到辨清敌我，日机离母舰已不到50海里，“企业”号迅速躲入附近的雷雨区，未被日机发现，而在晴朗阳光下的“大黄蜂”号则成为日机集中攻击的目标，尽管美军在空中有38架战斗机掩护，但由于“大黄蜂”号的战斗机引导官缺乏经验，将战斗机部署离母舰太近，还来不及上升到一定高度，日机就已经临空了，七时十分轰炸机先开始俯冲，有一枚炸弹命中，在飞行甲板后部爆炸，还有一架轰炸机被防空火力击伤后，一头撞在飞行甲板上，机上所携的两枚炸弹一起爆炸。随后，鱼雷机开始攻击，有两条鱼雷击中机舱。接着又被三枚炸弹击中，还有一架起火的日机撞在舰上，伤势严重，机舱进水，电力中断，通讯断绝，舰体四处起火，开始倾斜，失去机动能力。日机离去后，舰员迅速扑灭了大火，由“诺思安普敦”号巡洋舰拖曳着返航。

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