VT-5 中队的鱼雷机在 SBD 机群迂回的时候跟了上来，伯奇在无线电中向 VT-5 中队指挥官泰勒少校建议他的 TBD 在俯冲轰炸机展开时对“瑞鹤”号发动攻击，同时，VB-5 中队的考德威尔上尉看到了日军战斗机正在起飞。于是泰勒通过无线电告知伯奇他开始进入到投雷航路。SBD 机群也在空中展开队形，伯奇示意 VB-5 中队在前方的 VS-5 中队机群进入俯冲后再展开队形进行攻击。此时是 0857 时。日本舰队由于放飞飞机而导致队形混乱，前后相距距离较大，因此防空火力难以集中。
“翔鹤”号起飞的担任护卫的战斗机中，由岩本彻三首先发现 VS-5 中队的 SBD，他于 0855 时开始从云层中钻出开始进行拦截。同时，由“瑞鹤”号飞行分队长冈岛清熊带领的战斗机群也紧急起飞，在他起飞几分钟后，“瑞鹤”号便驶入到雷雨区中，但是后方的“翔鹤”号则至少还需要 10 分钟左右的时间才能进入这一区域，因此“翔鹤”成为美国飞机集中攻击的目标。伯奇少校首先带领 VS-5 中队进行俯冲，他驾驶的飞机从 5200 米一直俯冲到 460 米左右的高度才投下炸弹。由于瞄准具起雾，伯奇在这过程中只能侧头观察“翔鹤”号，当他完成投弹退出俯冲时， 看到了前方有一队 A6M 零战在进行拦截，他提醒后座的机枪手威廉 . 利斯 . 格里德威尔一等航空无线电军士注意，一面加大发动机动力脱离，日军飞机向他发动猛烈攻击，格里德威尔面对从后方扑过来的日军战斗机冷静地对其进行射击并将这些战斗机击退。
跟在伯奇后面进行俯冲的约翰 . 哈里 . 约根森少尉驾驶的飞机在退出俯冲时左侧机翼和襟翼被日军舰上的防空火力击中，飞机发生左尾旋， 约根森命令后座机枪手使用后座的操纵杆向右 推，进而控制住飞机并恢复平飞状态，他们紧接着就遭到 2 架A6M 的攻击，后座机枪手安东尼 . 威廉 . 布鲁内蒂二等航空无线电军士一开始并未进行射击，日军飞机用机枪向这架受伤的 SBD 扫射，约根森责令他立即开火还击，在猛烈射击下， 一架 A6M 在飞行员中弹后坠落，这架 SBD 座舱也被击中，约根森的右肩和右脚中弹受伤，飞机瞄准具被打坏。另一架 A6M 向其发动攻击时，正在爬升的 SBD 的后座机枪发生了故障，布鲁内蒂很快就排除故障并将这架战斗机击退，随后第三架A6M 从其正前方进行俯冲掠袭，同样被布鲁内蒂用猛烈的机枪火力击退。这架受伤的俯冲轰炸机最终成功脱离了日军的火力。
受损的“翔鹤”号的飞行甲板部分，由于升降机被卡住， 该舰失去了航空作业能力
随后进行攻击的VS-5 中队的飞机由于“翔鹤” 号的规避，尽管从很低的高度才开始投弹，但是还是未能击中。考德威尔上尉在退出俯冲时也遭到日军飞机的攻击，不过他躲过了攻击，并击落了其中的一架。日军方面宣称这轮攻击中他们击落了5架 F4F和6架 SBD。
在 VS-5 中队退出俯冲时，在高空等待的VB-5 中队也开始进入俯冲，最先投弹的迪克森的飞机击中了“翔鹤”，由鲍尔斯上尉驾驶的飞机在进行俯冲时飞机被“翔鹤”号的防空火力击中， 飞行员和后座机枪手都受伤。鲍尔斯依旧坚持俯冲，并在仅有 60 米的高度投弹，这枚炸弹击中了“翔鹤”号的舰岛的后方位置，而鲍尔斯的座机未能退出俯冲，坠落在“翔鹤”号的右舷外的海面上，两名机组阵亡。后来鲍尔斯被追授国会荣誉勋章。
VB-5 中队的其余飞机在俯冲时也遭到了日军战斗机的拦截，不过依旧命中“翔鹤”一枚炸弹，至此“翔鹤”号飞行甲板前部和舰岛后部均中弹， 前部升降机损坏，失去了飞机起降能力。
VT-5 中队在俯冲轰炸机完成攻击后开始进入投雷航线，同时 VF-42 中队的 4 架战斗机为他们进行掩护。VF-42 的伦纳德和麦卡斯基驾驶的飞机同日军战斗机进行了缠斗，伦纳德被一架 A6M 咬住，但是这架日军战斗机未能击中他，伦纳德最后钻入云层后才摆脱它，而麦卡斯基则击落了一架零战。得到战斗机掩护的鱼雷机顺利抵达投雷点，在距离“翔鹤”900-1800 米的范围内投雷。日军巡洋舰将 203mm 主炮放平进行射击，试图用射击造成的水幕进行阻挡，由于防空火力很猛烈， TBD 只好采用蛇形飞行方式进行规避，并且没有足够的时间来进行瞄准，最终投下的鱼雷均未能击中目标。
被防空火力击中后起火燃烧的 B5N
在“约克城”号攻击机群完成攻击脱离之后， “列克星敦”号的机群于 0900 时发现日军航空母舰，该攻击群中的 VB-2 中队由于云层的阻碍未能看到日军舰队而最终未能进行攻击。当其余的飞机飞抵目标时，“翔鹤”号正冒着浓烟，但是它继续保持着航速。该攻击机群于 0945 时开始发动攻击，其中由 VS-2 中队指挥官奥尔特少校带领 4 架 SBD 进行俯冲，VT-2 中队从另一个方向进行鱼雷攻击。VF-2 中队的战斗机负责掩护鱼雷机，他们分成两部分，一部分由副中队长诺埃尔 . 亚瑟 . 梅雷迪斯 . 盖勒上尉带领在鱼雷机两侧进行护卫，另一部分由两架 F4F 跟随大队长的飞机。盖勒上尉的小队很快就同日本战斗机缠斗在一起。空战中盖勒的僚机失踪，盖勒同一架零战进行缠斗并将其击伤。VT-2 中队乘机从云层中钻出并采取大角度下滑，越过日本舰队后方的两艘重巡洋舰向“翔鹤”飞去，在此过程中由诺尔曼 . 安德森 . 斯特雷上尉和汤姆 . 布鲁斯 . 巴什少尉驾驶的 2 架 TBD 同主队失散。在较高高度的零战在发现有鱼雷机向航空母舰飞去后也迅速俯冲进行掠袭，它们攻击的就是这架失散的鱼雷机，尽管遭到战斗机和防空火力的拦截，这 2 架飞机还是进入投雷航线，并从“翔鹤”号左后方只有 550 米处投雷，为规避这架飞机投下的鱼雷，“翔鹤”被迫向右转舵，结果给了VT-2 中队其余飞机机会，8 架 TBD 在“翔鹤”号的右舷向其投放鱼雷，战后确认有 5 枚鱼雷击中。