Американская армада, предназначенная для вторжения на Марианские острова, вышла с Маршалловых островов 9 июня; высадка на Сайпан намечалась на 15 июня. Два дня спустя авианосцы Митшера начали интенсивную бомбардировку намеченных для высадки островов, а к 13 июня американские линкоры вели сильный огонь по Сайпану и Тиниану. В то же время адмирал Тоеда приказал начать операцию «А-Го» — давно запланированный японский контрудар. Из-за этого, как уже упоминалось, пришлось отказаться от попыток усилить войска на острове Биак и удержать Новую Гвинею.
Американские десантные силы включали три дивизии морской пехоты в первом эшелоне и пехотную дивизию в резерве при непосредственной поддержке соединения кораблей в составе 12 авианосцев, 5 линкоров и 11 крейсеров. Проведение операции обеспечивали силы 5-го флота адмирала Спрюэнса в составе 7 линкоров, 21 крейсера и 69 эсминцев, а также 4 группы авианосцев адмирала Митшера (15 авианосцев и 956 самолетов). Переброска морем около 130 тыс. солдат на Марианские острова с Гавайев и Гуадалканал была хорошо организована и прошла успешно.
Утром 15 июня первая волна морских пехотинцев высадилась на острове Сайпан под прикрытием мощного огня корабельной артиллерии, кораблей артиллерийской поддержки десанта и ракетоносных самолетов. 8 тыс. морских пехотинцев высадились за 20 минут, что свидетельствовало о высоком уровне подготовки. С наступлением темноты общее число войск на берегу достигло 20 тыс. человек, однако они смогли продвинуться лишь на незначительную глубину, поскольку японцы удерживали командные высоты и ожесточенно контратаковали.
Более отдаленную, но весьма серьезную угрозу десанту создавал японский флот, линкоры и авианосцы которого направлялись в Филиппинское море. Получив донесение о передвижении этого флота, Спрюэнс отменил намечавшуюся высадку на Гуам и высадил на остров Сайпан свою резервную 27-ю дивизию, чтобы ускорить захват этого ключевого острова. Транспорты он приказал отвести в безопасные воды. 5-й флот сосредоточился примерно в 180 милях от острова Тиниан.
Такая оборонительная позиция оказалась разумной. До этого момента план, который наметил адмирал Тоеда, казалось, осуществляется успешно, хотя авианосная авиация Митшера уничтожила японские военно-воздушные силы на Марианских островах. 19 июня с 8.30 с авианосцев Озавы четыре раза подряд поднимались в воздух самолеты, но их вовремя обнаруживали американские радиолокационные станции. и сотни истребителей поднимались им навстречу. Одновременно бомбардировщики с авианосцев Митшера атаковали японские авиационные базы на островах. Эта битва в воздухе фактически вылилась в массовое избиение японской авиации и получила название «великий марианский разгором». Американские летчики имели подавляющее превосходство над менее опытными японцами, которые потеряли 218 самолетов, а сбили только 29 американских самолетов. В это же время американские подводные лодки торпедировали и потопили два японских тяжелых авианосца «Секаку» и «Тайхо», на которых базировалось много самолетов.
Озава, полагая, что его самолеты приземлились на Гуаме, остался в районе боевых действий; на следующий день его корабли были обнаружены американскими разведывательными самолетами. Адмирал Митшер нанес удар силами 216 самолетов, которые потопили один тяжелый авианосец (повреждения были нанесены еще двум авианосцам, а также двум легким крейсерам, линкору и тяжелому крейсеру) и уничтожили 65 японских самолетов. Американцы потеряли в бою только 20 самолетов. Еще 80 самолетов погибло или потерпело аварию во время длительного ночного полета на обратном пути к авианосцам. Правда, многие экипажи были спасены, когда корабли Озавы покинули поле боя и направились к острову Окинава, из группы островов Рюкю, к югу от Японии.
К тому времени боевые потери японской армии составили около 480 самолетов — свыше трех четвертей их общего количества, причем большинство экипажей погибло. Потеря такого большого числа самолетов и авианосцев причинила серьезный ущерб. Правда, к осени эти потери были в основном возмещены. Гораздо хуже обстояло дело с потерями в летном составе, которые нельзя было возместить. Это означало, что в ближайшее время японский флот будет испытывать серьезные затруднения и ему придется рассчитывать главным образом на свое более традиционное вооружение.