9点15分时，大黄蜂号放飞了最后的25架飞机作为第三波打击梯队。此时圣克鲁斯群岛附近的空域中总共有74架美军飞机，而这就是当前美国海军太平洋舰队的全部可用的舰载机了。反观日军这边，南云在派出第一波65架舰载机之后，又于40分钟后放飞了16架97舰攻、19架99舰爆和9架零战，共计44架作为第二波补充打击梯队，同时山本也亲自下令要求二航战的隼鹰号向一航战的位置靠拢，准备集中所有力量歼灭TF61。此时金凯德必须跟南云争分夺秒，谁能率先击沉对方的航母，谁才能拿下南太平洋。

不幸的是，企业号的攻击梯队出师不利，在起飞后没多久便撞上了日军机群的护航编队，9架零战突然从背向太阳的方向俯冲下来死死咬住了企业机队中的TBF。好巧不巧这时负责护航的F4F才刚刚加速追上前方航速较快的SBD中队，打算等确保前方机组安全后再来照顾这些行动最为迟缓的鱼雷机，然而日军的突袭恰好就抓住了护航队顾此失彼的空挡。VT10的指挥官詹姆斯·弗莱特利中校发现日军的零战之后，用最快的速度截住日军的扫射路线，赶走了一架企图攻击僚机的零战，并且尽最大努力击落了另外3架。但尽管如此，仍然有3架TBF被当场击落，还有一架因为伤势过重不得不返回母舰，这让企业号本就不足的打击力量变得更加捉襟见肘。

另一方面，大黄蜂派出的舰载机进展也不是很顺利，在多次遭遇日军护航战斗机之后，原本紧密的打击梯队又被分割成了鱼雷机和轰炸机两个波次，并且跟中途岛时一样，行动迟缓的TBF又一次成为了零战的首要猎杀目标。所幸的是有15架SBD趁着日军战斗机拦截TBF的空挡对南云的旗舰翔鹤号成功进行轰炸，4枚1000磅航弹彻底摧毁了翔鹤的飞行甲板和升降机，使其丧失了起降能力，不得不立即退出战斗返回特鲁克。

虽然美军的打击行动扳平了双方的航母战力比，但这种“平衡”很快就被打破了。上午9点30分左右，企业号的雷达操作员在一片混乱的雷达屏幕上发现了一批可疑的信号，等他分辨出这些信号是南云派出的一波打击梯队时，日本人已经杀到距离TF61不到40海里的地方。当刺耳的警报响彻全舰时，企业号的38架野猫根本来不及拦截这些高速抵近的敌机。

上午9点55分，美军CAP机组在极其混乱的调度下总算在距离舰队不到20海里的地方截住了一部分正在切入攻击路径的日军飞机，但尽管野猫们拼尽全力在最短时间里干掉了25架敌机，仍然无法阻止剩余的舰爆和舰攻冲向距离最近的大黄蜂号。10点24分时，22架99舰爆和18架97舰攻突破了美军的防空拦截网，其中因为机翼受损导致飞机即将失控的佐藤飞曹长在2架僚机投弹失误的情况下，直接驾机撞进了大黄蜂的甲板，机上剩余的燃料点燃了大黄蜂的舰桥。

与此同时，翔鹤号舰攻队长村田重治也突破了美军的拦截，这位从珍珠港一路打到现在的海航精英冒着密集的弹幕紧贴海面抵近大黄蜂的右舷，几秒钟后一条刺眼的白色航迹扎进了大黄蜂的前部轮机舱段，汹涌的海水瞬间涌入舰体。村田的攻击在重创大黄蜂的同时也吸引了大部分防空炮火力，其本人在投弹后飞跃大黄蜂时被残存的防空炮击落，但也给身后的另一架97舰攻创造了机会，很快第二枚鱼雷命中了大黄蜂右舷消防舱室，更多的海水加剧了这艘航母向右倾斜的速度。

当日军舰攻彻底瘫痪了大黄蜂的动力之后，更多的99舰爆就像扑向腐肉的秃鹫一样对她进行持续轰炸，先后又有三枚航弹命中大黄蜂的飞行甲板，整个前部甲板陷入一片火海。尽管大黄蜂号上幸存的防空炮以及周围的友军舰艇拼命向空中的敌机倾泻弹药，但仍然无法阻止第二架被击伤的99舰爆撞进大黄蜂左舷前部防空炮位，飞溅的机体碎片还正好卡死了前部升降机，在短短几分钟之内，大黄蜂号就彻底失去了航行能力，纵使身边的莫里斯号和罗素号驱逐舰在漫天的敌机扫射下拼死帮大黄蜂喷水灭火，但显然也已经无法挽回她的命运。

而企业号虽然在第一时间向南达科他号战列舰靠拢，两舰一起冲进雷雨区躲避日军攻击。但随着雨云的移动，当关卫少佐带领的第二波日军攻击梯队杀到TF61上空时，企业已经失去了暴风雨的庇护。关卫作为企业的老对手，曾在东所罗门海战中重创过大E，而这一次他甚至不屑于在苦苦挣扎的大黄蜂身上浪费时间，抵达战场后第一时间就向10海里外的企业号直扑而去。

上午11点，企业号的雷达捕捉到了日军第二波打击梯队的信号，但荒谬的是缺乏经验的雷达操作员居然看错了方位，给出了“敌机在正前方20海里处”的报告。当防空火控官们正疑惑为什么自己的火控雷达没有在这一方向发现敌机的时候，目视瞭望员绝望的嘶吼响彻了企业号的甲板——“俯冲轰炸机！头顶！”