5月8日拂晓，美国和日本航空母舰都争先派出侦察机，因为指挥官心里明白，此战胜负取决于能否先于敌方查明对方位置。几小时后，美国“列克星敦”号的史密斯海军少尉驾驶的侦察轰炸机，经过一番侦察后终于发现了日本高木率领的“瑞鹤”号和“翔鹤”号突击部队。他用无线电向上级报告对方舰艇的位置：“2艘敌航空母舰，4艘巡洋舰。航向120°度，航速20节，位置在东北175海里。”两支庞大的舰队终于都找到了搜寻已久的对手，恶战终于就此爆发。9时至9时25分，美航空母舰的突击机群，在战斗警报声中被蒸汽弹射装置弹入空中，“约克城”号航空母舰第一批起飞的飞机为39架：2架战斗机掩护24架俯冲轰炸机，4架战斗机掩护9架鱼雷机，各机群之间保持5～10分钟的间隔，风驰电掣般地扑向日航空母舰。10时32分，当美机飞临时，日舰队开始疏散躲避，狡猾的“瑞鹤”号迅速驶入雷雨区，借雨幕得以逃之夭夭。“翔鹤”号则转舵逆风航行，企图让舰载战斗机升空应战，此举使其成为美机群的主攻目标。10时57分，在泰勒少校的指挥下，美鱼雷机和俯冲轰炸机实施攻击，“翔鹤”号舰首先中一颗炸弹，引起汽油燃烧，随后舰尾又中1颗炸弹，大火蔓延至飞行甲板。滚滚升起的浓烟烈火，为后来编队中被日本“零”式战斗机拦截而失去目标的美机提供了信号。11时40分，又有21架美机飞临“翔鹤”号上空，第2次攻击随即开始。4架美军俯冲轰炸机冒死降至760米处才开始投弹，结果“翔鹤”号再中1颗炸弹。这时，该舰已连中3颗炸弹，飞行甲板报废、108人死、40人伤。13时，“翔鹤”号踉踉跄跄地退出战场时，险些沉没。由于“翔鹤”号失去了作战能力，高木只好令其撤出战斗。
但美国人赢得并不轻松：美军的4架侦察轰炸机和2架战斗机在返航途中，遭到10多架零式战斗机的有力拦击，最后全部被击落。至此，美军也付出了30多架飞机的代价。
就在美军飞机向日本航空母舰上倾泻钢铁的同时，“列克星敦”号和“约克城”号也遭到日本舰载机的猛烈攻击，这是怎么回事呢？原来，就在美机起飞之时，正是日机出发之时。于是，另一场大的攻击战开始了。
当时，美军的2艘航空母舰，同在一个环形警戒序列之中。规避运动逐渐使两舰之间的距离加大，这样就削弱了警戒，这无疑对日军极为有利。“列克星敦”号和“约克城”号除了进行蛇形运动外，还不时驶出编队中心，以便让掩护它们的飞机起降。而袭击日舰的飞机起飞以后，“列克星敦”号还留有9架战斗机和8架侦察轰炸机以防不测，“约克城”号则掌握8架战斗机和8架侦察轰炸机。
到了10点55分，“列克星敦”号的雷达突然发现在距离68海里处有大批敌机从东北方向飞来，两舰开始转向，让留在飞行甲板上的全部飞机起飞，总共17架战斗机和16架侦察轰炸机，由“列克星敦”号统一指挥，但与日军70架强大的攻击机相比，美军的空中警戒力量毕竟太弱了。在战斗前，只有3架美机得以拦截敌机，且马上就被日机群吞没。日军飞机分成3个机群，两个是鱼雷机群，一个是轰炸机群，它们冒着美舰高射火炮和战斗机的猛烈火力，开始了凶狠的攻击，最先遭到攻击的“约克城”号成功地避开了敌机发射的鱼雷，左冲右突，在密集的弹雨中奇迹般地仅中1颗炸弹。这颗炸弹在下面的储藏室里爆炸，炸死37人，炸伤多人，但幸运的是航行能力和航空作战能力并未受到影响。比“约克城”号吨位大，但机动性能差些的“列克星敦”号的命运就要悲惨得多了。它在敌鱼雷机从舰两舷夹击下，屡屡遭到重创，一枚鱼雷命中其左舷前部，剧烈的爆炸使船舷喷出一股夹着海水的巨大火舌，接着整个“列克星敦”号猛然一抖，在同一位置又中了一枚鱼雷，航空母舰顿时被滚滚的浓烟覆盖。与此同时日军俯冲轰炸机也紧紧咬着受伤的猎物不放，一颗重磅炸弹正中左舷前炮位3门127毫米高炮，一时间血肉横飞，将那里的火炮全部炸哑。随即一颗小型炸弹又命中了“列克星敦”号的烟囱。这艘航母此时已经被炸得面目全非，惨不忍睹了。
整个攻击持续不到10分钟，日机攻击便告结束，海面瞬时就安静了下来，剩下的只有海面上燃烧的军舰和飞机碎片。重伤的“列克星敦”号倾斜着舰身，可以看出，是舰内已起火。但值得庆幸的是主机照旧能提供所需的速度，航速仍可达24节，飞行甲板完好，对完成攻击任务后返航的飞机来说，母舰上仍然可以降落。