Почти одновременно с обнаружением японских авианосцев гидросамолет одного из японских крейсеров сообщил, что видит американские авианосцы. Он тут же был сбит истребителями. Но в 15.00 с «Сёкаку» и «Дзуйкаку» взлетела первая ударная волна, состоящая из 10 «Зеро» и 27 «Вэлов», а через час стартовала вторая волна из 9 «Зеро» и 27 «Вэлов».
На кораблях обоих американских соединений ожидали японской контратаки. 3 японских самолета-разведчика были сбиты недалеко от авианосцев, а теперь возвращались взлетевшие утром разведывательные бомбардировщики, за которыми могли увязаться японские самолеты. Антенны радаров медленно вращались, разыскивая атакующих в затянутом тучами небе, у всех зенитных орудий стояли расчеты. Часть «Уайлдкэтов» патрулировала над соединением, а остальные стояли на палубах авианосцев в готовности к немедленному взлету. Американские авианосцы держались на расстоянии примерно 12 миль один от другого. В 16.08 на экранах радаров появились «призраки» – неопознанные самолеты. Американские самолеты были оборудованы электронной системой опознания «свой-чужой», которая давала особые отметки на экране радиолокатора. Эти же самолеты такой системы не имели. Когда они приблизились на расстояние 88 миль, с авианосцев в воздух поднялись все имеющиеся истребители. Теперь в воздухе находились 53 «Уайлдкэта» – больше, чем когда-либо выделялось для прикрытия авианосного соединения. В воздухе находились и несколько «Доунтлессов» противолодочного патруля. Когда оба авианосца приготовились к бою, с «Саратоги» взлетели 2 «Доунтлесса» и 5 «Авенджеров», а с «Энтерпрайза» – 12 «Доунтлессов» и 7 «Авенджеров», чтобы атаковать японские авианосцы.
Все было готово, и все ждали. Офицер наведения истребителей на «Энтерпрайзе» пытался направить «Уайлдкэты» воздушного патруля на перехват японских самолетов, но радиосвязь была слишком плохой, в основном из-за того, что большинство пилотов говорило на одной частоте.
Бой начался примерно в 17.00. 53 «Уайлдкэта» врезались в строй атакующих японских самолетов, и всюду – вверху и внизу – закипела сумасшедшая свалка, в которую ввязались и «Доунтлессы» противолодочного патруля. Позднее к ней присоединились и возвращающиеся после атаки бомбардировщики. Один из пилотов истребителей уоррент-офицер Дональд Раньян сбил 3 японских пикирующих бомбардировщика и 1 «Зеро», а еще 1 «Зеро» повредил.
Зенитные орудия всех кораблей открыли огонь по самолетам противника. Один из офицеров «Энтерпрайза» в запале даже начал стрелять из своего пистолета, когда японцы пролетали у него над головой.
2 отчаянно маневрирующих авианосца были главной целью японцев. В 17.14 «Энтерпрайз» получил первое с начала войны попадание. Бомба попала в угол элеватора № 3, прошла через пустой ангар и взорвалась в отсеках третьей палубы. Взрыв убил 35 человек, разорвал палубу и борт и вызвал пожар. Огонь сильно мешал действиям аварийной партии, которая пыталась справиться с водой, хлеставшей через пробоину в борту. Менее чем через минуту всего в 10 футах от первой в «Энтерпрайз» попала вторая бомба. Бомба взорвалась на орудийном спонсоне, убив 39 человек. Сдетонировало много снарядов, и в результате четверть корабельной артиллерии вышла из строя. Через пару минут в «Энтерпрайз» попала третья бомба. Она упала сразу позади островной надстройки, пробила полетную палубу и взорвалась в ангаре. Эта бомба явно была неисправной, так как взрыв получился очень слабым. Однако и он проделал большую дыру в полетной палубе и вывел из строя элеватор № 2. На этот раз никто не погиб.
В 17.17 атака закончилась. Из всех американских кораблей пострадал только «Энтерпрайз». Его повреждения были довольно тяжелыми, но авианосец сохранил ход, и непосредственной угрозы гибели корабля не было. В течение часа экипаж тушил пожары, выравнивал крен, ремонтировал полетную палубу. В 18.17 «Энтерпрайз» развернулся против ветра и начал принимать самолеты. В разгар этой операции его руль был заклинен в положении 20º на правый борт. На циркуляции авианосец едва не протаранил один из эсминцев охранения. Корабль беспомощно кружил на месте со скоростью 10 узлов, и сразу превратился в заманчивую мишень. Аварийная партия выбивалась из сил, чтобы исправить рулевой механизм, поврежденный разрывом бомбы. Внезапно радар сообщил о появлении новой группы «призраков» на расстоянии 50 миль. Это была вторая волна, взлетевшая с японских авианосцев «Сёкаку» и «Дзуйкаку». К счастью для американцев, самолеты противника пролетели мимо, не найдя авианосцы.