科斯勒瞄准的正是参加过珍珠港战役的名舰“翔鹤号”。6枚鱼雷中有4枚命中该舰右舷，造成一根推进轴损毁、轻质油库和航空燃料管道震裂，大量汽化的婆罗洲原油沉积在机库底部，浓度越来越高。12点10分左右，一枚250公斤炸弹意外爆炸，点燃了四处蔓延的轻质油气体。“翔鹤号”在短短几分钟内就被内爆的气浪和火焰完全笼罩，发出四声巨大的爆炸声。下午14点01分，该舰带着1263名舰员沉入雅浦岛北方230公里处的水底，轻巡洋舰“矢矧号”和驱逐舰“秋月号”捞起了570名幸存者，包括舰长松原博。
下午15点32分，小泽的旗舰“大凤号”也发生了爆炸。早晨命中的鱼雷震裂了轻质油库和防护甲板的连接部分，油气很快蔓延到整个机库。“大凤号”的全封闭结构通风比“翔鹤号”更差，无形中助长了可燃气体的扩散。中雷后6个半小时，电机启动的火花点燃了这股油气，“大凤号”像喷火的红龙一般吐着烈焰沉没了，战死1660人，小泽只能捧着天皇的“御真影”狼狈地转移到重巡洋舰“羽黑号”上。
丧钟为日本而鸣
6月19日傍晚18点20分，太阳开始西沉，残存的7艘日本航母垂头丧气地向北方撤退。经过清点，结束攻击后返回“瑞鹤号”的只有15架零式、2架战斗轰炸机、6架“彗星”、2架九九式和7架“天山”，另外“乙部队”的3艘航母收容了46架飞机，“丙部队”收容22架。加上栗田第二舰队的27架水上侦察机，整个小泽舰队可用的飞机只剩下127架，其中航母舰载机约100架，不到战前兵力的四分之一。但小泽依然对“超航程攻击”抱有幻想——他认为“甲部队”的大部分攻击队在结束空袭后可能降落到了关岛和罗塔岛，这些飞机会在第二天补充燃料后重新轰炸美舰。剩余的7艘航母和角田部队的残部尚有一定力量，加上强大的战列舰完好无损，日方不是没有翻盘的可能。丰田副武也以草鹿龙之介参谋长的名义发来电报，要求小泽部队继续与基地航空队协同作战，向美军发动反击。有鉴于此，小泽打消了立即撤退的念头，准备在20日再度发动攻击。
到了这个时候，斯普鲁恩斯也急于找到日本航母的所在。19日下午15点，他通知米切尔尽快确认小泽的位置，在确保塞班岛登陆场的前提下对日军进行追击。不过米切尔考虑到TF58的大部分飞行员经过了一整天的苦战，需要彻底休整，所以没有在夜间采取行动。20日天亮后，TF58继续派飞机在关岛和罗塔岛上空巡逻，并出动侦察机向西搜索，但始终一无所获：小泽一直警惕地和美军航母保持着距离，这种谨慎发挥了作用。
6月20日清晨5点30分，“丙部队”的巡洋舰向东方派出了4架水上侦察机，紧接着大林少将的轻型航母也起飞了6架九七式攻击机，不过首先发现目标的却是从帛琉基地起飞的二式大艇（水上巡逻机）：中午时分，小泽接到了“发现美军航母”的情报，立即派出3架“天山”前去确认目标。下午13点前后，他还得到一个晴天霹雳般的消息：前一天未返航的攻击队并没有降落到陆上机场，很可能已经被美军彻底消灭了。但角田正在从硫磺岛、特鲁克和雅浦岛调集新的反攻兵力，所以小泽部队也需要继续战斗。
下午17点左右，“丙部队”的侦察机在东方200海里外发现了TF58，报告称对方有两艘航母和两艘战列舰。鉴于天色已晚，小泽决定采取“打了就跑”的战术——他从“瑞鹤号”上起飞了由小野贤次大尉指挥的7架“天山”，每架携带一枚800公斤鱼雷，由另外3架“天山”担任引导，借助暮色的掩护对美军航母发动偷袭。与此同时，其余舰艇立即中止加油作业，把剩余的飞机集中到“瑞鹤号”和“飞鹰号”上，火速向吉马拉斯撤退。