黄昏时分,日军飞机在返航时发现了美国舰队,这些抛掉了炸弹的战机很快便遭到“野猫”式战斗机的拦截。暮色中,几个迷失方向的日本飞行员错误地打算在“约克城号”上降落。由于识别信号不对,他们被高炮手发现并将其中的一架击落,另外几架慌忙逃入漆黑的夜空。
美日双方指挥官不约而同地决定不进行夜战,以免损失重型巡洋舰。弗莱彻二比一的火力优势,被其缺乏夜战训练所抵消。双方都预料到,这场海战的航空母舰间的决战必会在次日展开。8日黎明时分,蔚蓝的海洋平静无波,珍珠港太平洋总部作战室的气氛凝重。双方舰队的炮手在扫视着越来越亮的天空,航空母舰甲板上的人员在为飞机起飞做准备。
北太平洋珊瑚海200海里内的美国和日本航母上做着同样的准备工作,唯一不同的是为美国飞行员发的是巧克力,而日本飞行员发的是米糕。美军“列克星敦号”航空母舰迎着西风出动了18架侦察机,搜索第十七特混舰队的北面和西面之间87海里的扇形海面的时候,离5时30分的日出还有半个多小时。
与此同时,日军2艘航空母舰向南驶入雾中,在黎明时出动了一批侦察机。应该在哪里搜索,日本航空兵司令官比他的敌人清楚得多。他依靠厚重的云层的掩护,在发现美军之前的一个小时里,冒险出动鱼雷轰炸机、俯冲轰炸机和护卫战斗机总共69架。
日美双方搜索飞机几乎同时发现了彼此的目标。
8时15分,美军飞行在最北边的侦察机发回报告:“敌人的航空母舰特遣舰队在‘列克星敦号’东北约150海里的洋面上以25节(1节=1海里/小时)的速度向南行驶。”几分钟后,美国航空母舰的无线电台收到了日本人兴高采烈的报告,这显然表明他们自己也被发现了。随后,“约克城号”和“列克星敦号”两艘航母共起飞15架战斗机、46架轰炸机和21架鱼雷轰炸机,共82架飞机直扑日本舰队。
10时,美军突击编队发现日军“翔鹤号”和“瑞鹤号”航空母舰正向东南方向行驶,两艘航母之间相距7海里,各由两艘重型巡洋舰和驱逐舰护航。美军正在利用宝贵的时间紧张地组织进攻的时候,日军“翔鹤号”趁机出动了更多的战斗机,“瑞鹤号”则躲进下着暴雨的附近海域。
弗莱彻立即命令突击编队起飞,由“列克星敦号”和“约克城号”两艘航空母舰上同时起飞的庞大机群直扑日本舰队。几乎在同一时刻,日军也发现了美国舰队,69架飞机从“翔鹤号”和“瑞鹤号”两艘航空母舰上同时起飞,直接飞向弗莱彻的第十七特混舰队。
乔·泰勒海军少校在一队“野猫”式战斗机的掩护下,率领鱼雷轰炸机中队展开攻击。他们冒着密集的高射炮火,低空掠过“翔鹤号”的左舷舰艏,突破了18架“零”式战斗机的严密防御。美国飞行员缺乏协调鱼雷轰炸机和俯冲轰炸机的实战经验,没能发挥出数量上的优势,这个优势曾使他们在前一天对付轻型航空母舰“祥凤号”时轻易取得了胜利。鱼雷射进海里,偏离目标很远,只有两颗炸弹击中目标,“翔鹤号”飞行甲板上因燃油泄漏而起火。
10分钟后,“列克星敦号”上的飞机赶来,但厚厚的云层遮挡了视线,很难发现下面的日舰,使得进攻受到挫折。只有15架轰炸机好不容易发现了一个目标,但它们只有6架“野猫”式战斗机护航,很容易被日军的“零”式战斗机冲散,“零”式战斗机击落了3架美国飞机。美国人的鱼雷进攻再次失败,只投中1枚炸弹。
美军“列克星敦号”以为他们攻击的是“瑞鹤号”,报告说这艘航空母舰正在迅速下沉。美军发动的这次进攻损失了43架飞机,虽然“翔鹤号”着火逃走,在火被扑灭前的一小时丧失了出动飞机掩护的能力,但吃水线以下部分并未受损;舰上100多人死亡,但它减速向北撤退时,仍然可以战斗。美军飞机返航时,惊奇地发现日军能够发动更有效的进攻。由于有雷达,“列克星敦号”的战斗机指挥官在日机正处于东北方向100多公里的空中时就知道了它们的到来,于是下令战机起飞截击。
美军只有17架“野猫”式战斗机起飞,其中大多数在“战斗突然爆发”的时候,还没有飞到第十七特混舰队的足够高的上空。一半的战斗巡逻机由于剩下的油太少而不能起飞截击,已经起飞的“野猫”式战斗机,4架没有找到攻击目标,2架被“零”式战斗机制伏,还有3架因没有达到足够的高度,不能阻截日军俯冲轰炸机的进攻。
美军“列克星敦号”航空母舰上的战斗机指挥官收到了巡逻机发来的“敌人逼近”的无线电警报。日本飞行员正朝着美国的航空母舰飞来,他们在没有阳光的优势下发起了进攻。日军飞机朝着美军“列克星敦号”的左舷和右舷投掷鱼雷。“列克星敦号”舰长弗雷德里克·谢尔曼下令舵手转满舵,但是这艘庞大的4万多吨的航空母舰反应太慢。日军投下的11颗鱼雷,有2颗在它的左侧爆炸。甲板下面,大火的烟从通风管和被打坏的锅炉房里冒出来,很多人严重烧伤。
与此同时,在“列克星敦号”后面不远处的“约克城号”受到了日机同样的攻击。“约克城号”仅有的战斗机企图靠近飞行,以便避开日机攻击。日军的一批鱼雷轰炸机只是从左舷舰艏发动攻击,因此这艘较小的航空母舰可以轻易掉转,避开日机。“约克城号”的转舵比较敏捷,这使它可以相对容易地躲避俯冲轰炸机。“约克城号”只是上面部分挨了一颗360千克重的炸弹,这颗炸弹穿过厚厚的飞行甲板、舰艇厨房和机库甲板,最后掉在50英尺下的第4层装甲板上爆炸。除了66人伤亡外,损害最严重的是舰上的冷饮柜、洗衣房和水兵宿舍。周围一片漆黑,甲板下面一片混乱,轮机员以为他们遭到严重的打击,暂时关闭了两个锅炉房。由于“约克城号”灵活地进行规避,日军飞机的攻击未见太大成效。