Tandis que les avions décollaient, le Taiho fut torpillé par un sous-marin américain, l'Albacore. Lorsque le porte avion fut touché, les japonais pensaient pouvoir récupérer le bâtiment mais peu après, cleui-ci, explosa. Le porte avion déjà ancien, le Shokaku, touché par 3 torpilles tirées par le sous marin américain Cavalla connut un sort identique et coula aussi.

Les bombardiers embarqués sur la Task Force 58, écartés durant le fameux "tir aux pigeons", purent alors intervenir pour pilonner les pistes de Guam. Le 20 juin, ils reçurent l'ordre de poursuivre la flotte japonaise qui se trouvait à 220 miles. L'opération était risquée, car la nuit devait tomber avant le retour des 230 pilotes américains. Puis peu après le décollage des bombardiers us, une nouvelle estimation, donnait la flotte nippone, non pas à 220 miles mais à 280 miles. La deuxième vague d'assaut américaine fût annulée. C'est donc 54 Avengers, 51 Hellviders et 26 Dauntless qui seruèrent à l'attaque sous la protection d'une nuée de chasseur Hellcat.

Des bombes endommagèrent le Zuikaku et le Chiyoda, tandis que le Hiyo coulait sous les coups des avions torpilleurs américains. Pendant ce temps, les chasseurs US Hellcat, infligèrent une correction aux chasseurs de la flotte japonaise. Plus de 65 appareils nippons furent abbatus pour à peine 20 pertes du côté américain.

Au crépuscule, il ne restait plus qu'environ 35 avions japonais en état de fonctionner. Mais les avions américains connurent, eux aussi, quelques soucis sur le chemin du retour. Tout d'abord à cause de la nuit, puis par manque de carburant. Ils perdirent environ 80 appareils qui s'abimèrent en pleine mer ou qui ne réussirent pas leur appontage de nuit. La plupart furent rerpêchés mais cela laissa du temps au japonais de s'enfuirent. Malgré ses 5 cuirassés, ses croiseurs lourds et ses destroyers, Ozawa ne pourrait plus affronter la flotte américaine.

La bataille des Mariannes, tant attendue, avait marqué une cuisante défaite de l'empire japonais. Ce dernier ne s'en remit pas ce qui laissa le champ libre aux forces américaines.