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八時三十二分，“埃塞克斯”號航母的偵察機在甄列島西南發現了日軍艦隊正以12節航速300度航向行進。正在空中巡邏的從慶良間列島起飛2架水上飛機聞訊後，立即趕到目標所在海域跟蹤監視。

九時十五分，米切爾派出了16架戰鬥機對日艦進行跟蹤監視。美軍飛機在日艦高射炮射程之外盤旋，克服天氣不佳的困難，始終與日艦保持著接觸，並不斷向米切爾報告日艦的位置、航向和航速。

十時整，美軍第一攻擊波起飛F6F“惡婦”戰鬥機132架，SB2C“俯衝者”俯衝轟炸機50架，TBF“復仇者”魚雷機98架，共計280架，向日艦所在海域飛去。因為中途島海戰中，俯衝轟炸機立下殊勳，擊沉了日軍4艘航母，而魚雷機不僅沒有取得戰果反而幾乎損失殆盡，美軍因此調整了航母上艦載機的編成，削減了魚雷機的數量，加強俯衝轟炸機的數量。但是不容否認，魚雷機的攻擊威力大大超過俯衝轟炸機，中途島海戰，俯衝轟炸機所取得的輝煌戰績，一方面是機緣巧合，另一方面則是魚雷機牽制吸引了日軍戰鬥機，為轟炸機攻擊創造了有利條件，這僅僅是一例個案，並不具有普遍性。美軍因此走了一段歧路，直到馬里亞納海戰和萊特灣海戰後，才意識到這一錯誤，隨即在航母艦載機的編成中又增加了魚雷機的數量，而且此時的魚雷機效能比戰爭初期已大為提高，飛行員經過戰火考驗，戰術素質也有很大進步，所使用的魚雷也已更新為MK—13型，效能更可靠，命中精度更高，因此美軍的魚雷機戰鬥力已經躍上了新的臺階，遠非中途島戰役時可比了。可惜自萊特灣海戰後，日軍水面艦艇龜縮本土，魚雷機部隊已經有幾個月沒有機會一顯身手，當得知日艦來襲的訊息，魚雷機飛行員興奮不已。所有出擊的飛機，每架俯衝轟炸機掛載兩枚450公斤半穿甲彈，魚雷機則掛載一條MK—13魚雷，甚至還有部分戰鬥機也攜帶了一枚225公斤炸彈，用於攻擊敵艦。

十二時三十分，美機飛臨日艦上空，日軍艦隊排成菱形隊形，“大和”號居中，巡洋艦和驅逐艦則在其四周，正以26節航速行進。當美機衝出低垂的雲層，展開攻擊時“大和”上的24門27毫米高射炮和156門25毫米機關炮一起開火，同時其他日艦也以全部炮火開始對空射擊，一時間天空中炮聲轟鳴，彈片橫飛，美機冒著密集彈雨迅速佔據有利的攻擊陣位，從各個方向和角度投下了魚雷和炸彈，戰鬥機則用機槍猛烈掃射，壓制日艦的對空火力，美機攻擊兇猛異常，“大和”號在艦長有賀幸作海軍大佐指揮下，不斷進行高速大角度機動，以規避呼嘯而來的魚雷、炸彈，但仍有一條魚雷命中左舷前部，兩枚225公斤炸彈在主桅杆後面爆炸，炸開了裝甲厚實的艦尾雷達室，裡面的官兵盡數被炸死，觀測儀器全部被毀。“大和”憑藉著堅固的裝甲防護，還沒有受到重創，仍能以18節航速繼續航行。“矢矧”號巡洋艦被擊中一條魚雷和一枚炸彈，完全失去了機動能力：“濱3”號驅逐艦被一條魚雷和一枚炸彈命中，艦體斷裂於十二時四十七分沉沒：“涼月”號驅逐艦被450公斤炸彈命中，燃起大火：“冬月”號被兩發火箭彈擊中，幸運的是都沒爆炸，逃過一劫。十三時十分，第一波美機投完了所攜帶的魚雷炸彈，返回母艦。

十三時三十五分，美軍第二攻擊波到達日艦上空，由於第58特混編隊第四大隊的飛機比其他兩個大隊的飛機晚起飛，因此這一攻擊波不是集中攻擊，而是分成幾個波次進行的，持續不斷的攻擊反而使日軍沒有喘息之機，對美機的攻擊疲於應付，讓美機連連得手，美機的攻擊有章有法，節奏分明，首先戰鬥機掃射，壓制日艦高射炮火，並乘機投下所攜的炸彈，接著魚雷機集中對“大和”左舷進行攻擊，這時“大和”號航速大減，高射炮炮手多被美軍戰鬥機消滅，不僅毫無還手之力，連招架之功也很勉強。十三時三十七分，三條魚雷命中左舷，海水大量湧入，艦體開始左傾，“大和”號有完善而龐大的注排水系統可以迅速消除艦體傾斜，但一枚450公斤炸彈正巧命中了注排水控制艙，將所有的調節閥門炸燬，無法進行排水，只得採取向右舷對稱注水的辦法，艦長甚至不等右舷最大的艙室主機艙和主鍋爐艙的人員撤出就下令注水，兩個艙室數百官兵很快被洶湧而入的海水淹死，總共向右舷注入了3000噸海水，犧牲了數百名艦員和全艦一半的動力，致使“大和”號只能使用左舷一半的動力運轉，航速銳減，再也無法進行有效的機動，即使付出這樣巨大的代價，還沒將左傾消除，美