Два других американских авианосца должны были поддержать эту операцию. Оперативное Соединение 11 («Лексингтон») вице-адмирала Уилсона Брауна должно было провести отвлекающую атаку против Маршалловых островов, находящихся южнее Уэйка. Оперативное Соединение 8 («Энтерпрайз») вице-адмирала Хэлси должно было находиться возле Мидуэя в готовности оказать помощь другим соединениям.
«Саратога» прибыла к Пирл-Харбору 14 декабря, но из-за опасности атак подводных лодок авианосец вошел в гавань только на следующее утро. Уже в полдень 15 декабря большой авианосец покинул порт и направился к Уэйку. Танкер и несколько эсминцев вышли днем ранее. Несмотря на исключительную важность операции, соединение равнялось на малую скорость танкера (12 узлов) и двигалось зигзагом. Когда корабли уже находились в море, произошла еще одна задержка. 21 декабря (по времени Уэйка) адмирал Флетчер приказал произвести заправку эсминцев. За этот приказ его потом много критиковали. Крейсера сообщили, что имеют 75 % топлива, а эсминцы – даже 90 %. Лишь один эсминец имел 82 %. Флетчер должен был оставить эсминцы с наименьшим количеством топлива вместе с тихоходным танкером. (Самым тихоходным кораблем соединения, не считая танкера, был «Танжер» – 16,5 узлов.) Пока эсминцы заправлялись, скорость соединения в течение 10 часов упала до 6 – 8 узлов, так как сильное волнение сделало заправку очень сложной.
Единственная «Каталина», прилетевшая на остров 20 декабря, вселила в защитников уверенность, что вскоре они получат помощь. Но 21 декабря примерно в 7.00 гидросамолет улетел, а через 2 часа над островом появились авианосные самолеты со знаками Восходящего Солнца на крыльях. Это были 18 истребителей «Зеро», 29 пикирующих бомбардировщиков «Вэл» и 2 бомбардировщика «Кейт», которые взлетели с авианосцев «Сорю» и «Хирю». Авианосцы находились в 200 милях севернее Уэйка. Встретив неожиданное сопротивление, японский командующий силами вторжения вызвал помощь. 16 декабря вице-адмирал Нагумо выделил из состава авианосного соединения, возвращающегося в Японию, 2 авианосца, 2 тяжелых крейсера и 2 эсминца, чтобы «размягчить» Уэйк.
Через 3 часа после налета авианосных самолетов Уэйк атаковали 33 базовых бомбардировщика с Кваджеллейна. На следующий день только 2 потрепанных «Уайлдкэта» смогли взлететь, чтобы встретить атакующих. Но они были просто смяты 6 «Зеро» и 33 «Кейтами», взлетевшими с авианосцев. 22 декабря остров атаковали 20 «Зеро», 12 «Вэлов» и 27 «Кейтов».
Истребители и бомбардировщики 2 японских авианосцев решили судьбу острова. Японцы не имели истребителей, способных долететь до Уэйка с Кваджеллейна (600 миль). Авианосные истребители уничтожили самое надежное оружие защитников Уэйка – «Уайлдкэты». Более важным было то, что появление авианосных самолетов над Уэйком сделало ясным для американских штабов в Пирл-Харборе, что часть или даже все авианосцы Нагумо находятся неподалеку от Уэйка. В этом случае соединение, идущее на помощь острову, могло попасть под сокрушительный удар.
В Пирл-Харборе вице-адмирал Уильям С. Пай сменил адмирала Киммела на посту командующего Тихоокеанским флотом. В штаб адмирала Пая пришло сообщение о концентрации японской авиации на Гилбертовых островах, которые находятся чуть южнее Маршалловых островов, куда шла группа «Лексингтона». Также пришло сообщение о появлении на Маршалловых островах большой группы японских подводных лодок. Поэтому 20 декабря адмирал Пай отменил намеченный удар по Маршалловым островам и приказал группе «Лексингтона» повернуть на север, на помощь группе «Саратоги». Затем Вашингтон известил адмирала Пая, что он может эвакуировать Уэйк, если считает нужным, а не усиливать его гарнизон. После этого адмирал Пай приказал адмиралу Флетчеру не подходить к Уэйку ближе чем на 200 миль и послать самолеты «Саратоги» на поиск японских кораблей. Этот приказ был быстро отменен. Затем Пай приказал Флетчеру направить к Уэйку «Танжер» без сопровождения, чтобы снять войска и гражданских лиц. Этот приказ тоже был отменен. Американская разведка определила, что возле Уэйка находятся 2 японских авианосца, 2 быстроходных линкора и 2 тяжелых крейсера. Неопределенность закончилась утром 22 декабря (23 декабря на Уэйке), когда в Пирл-Харбор пришла радиограмма с осажденного острова: «Высадка началась». В 8.11 адмирал Пай приказал «Саратоге» и «Лексингтону» возвращаться в Пирл-Харбор. Через 2 часа Уэйк пал.