斯普魯恩斯（太平洋艦隊第5巡洋艦分遣艦隊司令，旗艦爲北安普敦，在哈爾西麾下服役。42年5月，哈爾西爲皮膚病所苦，必須住院治療。他力薦斯普魯恩斯接任第16特混艦隊司令，得到尼米茲批准。尼米茲還命令緊急搶修約克敦號航空母艦並以此爲核心組建第17特混艦隊，由弗萊徹海軍少將任司令。儘管尼米茲明令資深的弗萊徹負責中途島戰役的戰場指揮，但在實際作戰中兩支艦隊始終是獨立指揮和獨立作戰的。）的第五艦隊與特納的聯合遠征軍部隊在進入菲律賓海域實施有效壓制日軍的航空兵力，6月13日斯普魯恩斯雖然收到了日本艦隊出動的情報，由於斯普魯恩斯推斷在17日前都不會與日本艦隊接觸，因此斯普魯恩斯仍在14日指揮第五艦隊主力第58特遣艦隊其中的第1與第4支隊前去攻擊硫磺島與小笠原羣島的父島，把北面的敵軍戰機清除殆盡。
15日美軍在聯合遠征軍部隊司令特納指揮下順利登陸塞班島，原本認爲日軍無力增援的斯普魯恩斯發出18日登陸關島的命令，不料同日18時35分，美國潛艦飛魚號(USS Flying Fish SS-229)在聖貝納迪諾海峽發現一支日本艦隊;19時45分，另一艘美國潛艦海馬號(USS Seahorse SS-304)在菲律賓蘇里高海峽北部岷答那娥附近也發現另一支日本艦隊;17日夜裡，又一艘美國潛艦傳來接觸報告。
斯普魯恩斯確認日軍支援馬里亞那的企圖，由於雙方艦隊18日時即可能接觸，於是斯普魯恩斯推遲登陸關島的時程，17日召回剛毀滅硫磺島及父島航空兵力的第1與第4支隊，並從特納的聯合遠征軍艦隊抽出8艘巡洋艦、21艘驅逐艦來強化第58特遣艦隊的軍力，聯合遠征軍的登陸艦隊則先開往東方海域避風頭，第58特遣艦隊則準備與日艦隊接戰。
潛艇的大量接觸情報使斯普魯恩斯以爲日本至少動用兩支艦隊，一支先誘開第58特遣艦隊，另一支趁機攻擊賽班島的美軍登陸部隊。於是斯普魯恩斯下令確切掌握日本艦隊位置之前，第58特遣艦隊不得遠離賽班島。一般認爲此決定過於保守，使得該海戰美軍無法給予日軍更大的打擊。
18日中午，第58特遣艦隊集結完畢，斯普魯恩斯移交戰役指揮權給第58特遣艦隊指揮官馬克·米契爾(Marc Mitscher，時任中將)，隨後其全部五個特遣羣共十五艘航空母艦擺開陣勢，其中以七艘戰鬥艦(其中有兩艘世界最強的衣阿華級戰列艦)爲主的第7支隊擺在日本艦隊與四個航艦特遣羣之間，以防日本水面艦隊接近美國航空母艦(有人認爲這是給落居海戰配角的戰列艦艦隊一次戰列決戰的機會。)，除掩護第7支隊的第4支隊航空母艦外，其餘第1、2、3支隊皆部署在戰艦艦隊後方展開，擋在塞班島西側，隨時迎接日軍攻擊到來。
15日晚上6時被美國潛艦飛魚號於聖貝納迪諾海峽發現的就是日本艦隊主力--第一機動艦隊(由小澤指揮)，而15日晚上7時在岷答那娥被美國潛艦海馬號發現的另一支日本艦隊就是先前參與“渾作戰”（古賀峰一爲抵擋麥克阿瑟戰線而發動的）計劃的第一機動艦隊另一部分兵力，他們在接獲“阿號作戰”計劃命令後立刻終止“渾作戰”，趕赴北方與小澤會合。
第一機動艦隊(以下稱小澤艦隊)其中共有九艘航空母艦，搭載四百餘架飛機，艦隊還有五艘戰艦(包括兩艘世界最大的大和級戰艦)，分爲由小澤親自率領的甲隊、城島高次海軍少將的乙隊，以及在往後雷伊泰灣海戰中因帶領主力艦隊的慄田健男中將所率領的前衛艦隊。
小澤並未如同斯普魯恩斯所設想採取分兵合擊策略，而是打算利用日本在關島、 羅塔島等地設有航空基地的地利之便，將艦隊部署在美國艦載機打擊半徑以外，同時日本艦載機起飛攻擊美艦隊，在穿越美軍艦隊後，飛行至羅塔島與關島等地降落加油掛彈準備下一波攻擊，實施所謂的“穿梭轟炸”。
如此就能大大延長日本艦載機的打擊範圍，而美國艦隊則無法攻擊日本艦隊。同時，小澤也寄望角田的岸基飛機助他一臂之力，抵銷美國艦載機的數量優勢，可是馬里亞那羣島的日本守軍指揮齊藤義次隱瞞美國艦載機已重創角田航空隊的事實，而未告知小澤真實情形，使其無法掌握其與美方的實力對比。
隨着小澤艦隊進入菲律賓海，雙方艦隊發覺彼此的存在後，這場史上最大的航空母艦戰役與艦載機空戰，即將拉開序幕。從中途島的戰況看來，對已知或未知的敵人艦隊展開搜索，從而得知敵艦隊位置、動向是必要的，因此小澤艦隊18日即派出42架偵察機出動搜索並加上馬里亞那方面的情報，在與第五艦隊保持距離的同時仍獲得充分的情報。
同日夜間，第58特遣艦隊指揮官米契爾力主連夜西進，發現日本艦隊後就全力將其消滅，並同時與第58特遣艦隊第7支隊司令威利斯·李(Willis Augustus Lee，Jr，時任海軍中將)討論連夜進擊與日本展開夜戰的可能，但斯普魯恩斯仍一如以往謹慎，不以殲滅日本艦隊而以掩護賽班爲重，下令第58特遣艦隊白天西進，晚上便東撤，不得離開能支持塞班的距離，採取保守防禦的態度(而非像其在中途島時冒險發出關鍵一擊)，使美國飛行員大失所望。
19日凌晨4時20分，小澤再度派出43架偵察機，清楚掌握美國艦隊動向。此時斯普魯恩斯仍不清楚小澤艦隊位置，小澤則不但知道美軍在哪裡，也曉得美軍已經進入日機攻擊半徑，但本身則還未進入美機打擊範圍。既然斯普魯恩斯未能掌握小澤艦隊位置，就先命令米契爾消滅在馬里亞那已知的敵機力量，與小澤決戰之前先解決這方面的敵人。
該日早晨第五艦隊已擊垮了馬里亞那的日本航空兵力，並開啓當日11小時激烈空戰的序幕，同時對關島與羅塔島的日軍飛機壓制，之後小澤艦隊的飛機即使成功穿越美軍艦隊前往馬里亞那，也會在降落時被美機重創。不過即使美軍要先對付馬里亞那方面，但航空母艦飛行甲板仍保留足夠飛機隨時應付小澤的進攻。
從19日上午正當第五艦隊不斷搜尋小澤艦隊行蹤之際，小澤已於8:30派出慄田前衛艦隊的飛機共69架發動第一波攻擊，8:56從主力的甲隊派出最大的一波攻勢共128架作爲第二波，10:00自乙隊派出47架飛機作第三波，11:00又從甲乙兩隊發出82架飛機作爲當日上午最後一波，四波共326架，企圖以大量的戰機一舉擊破米契爾的空防。