正如斯普鲁恩斯海军中将所预料的那般，美国潜艇所侦查到的的确是一支庞大的日本舰队，几乎囊括了联合舰队中的主力。因为马里亚纳群岛的战略位置对于日本来说无比重要，所以这一次日本海军是以破釜沉舟的心态来组织这次海战的。从10月15日开始，除了那些老旧的只能在日本近海充当防御炮舰或者训练舰的老旧舰只外，日军联合舰队的所有主力舰只几乎全数出动，向马里亚纳群岛航行而来。日本海军大将山本五十六亲任舰队司令，南云忠一则负责指挥新的快速航母舰队。
这一次日军拥有九艘航空母舰、五艘战列舰、十三艘巡洋舰和二十二艘驱逐舰。其中值得注意的是，日军航母舰队的规模首次超过了太平洋战争的初期。在夏威夷大海战和中途岛大海战之中，日军损失了四艘重型航母，使得舰龄较长的瑞鹤号和翔鹤号在一段时间内成为了日军唯一拥有的两艘重型航母，但是现在情况改变了。日军此次的航母舰队除了拥有大凤、翔鹤、瑞鹤三艘重型航母之外，还拥有隼鹰、飞鹰、龙凤、瑞凤、千岁、千代田六艘中型和轻型航母，舰载机数量达到了498架。虽然仍然比不上美军的900架舰载机，但是要知道在关岛和提尼安岛等岛屿之上，还有第一航空舰队第五基地航空部队角田觉治中将率领的近300架陆基战斗机。
不光是数量上达到了旗鼓相当，日本海军联合舰队更是将压箱底的货都拿了出来，在舰载机质量方面相比美军也并不差。航母上的舰载战斗机几乎全部是最新的烈风式战斗机，这种放大了的零式战斗机不仅具备原来机动灵活的特点，而且在火力、装甲、通信等方面都大为改进。舰载攻击机则统一换成了流星式，这样鱼雷攻击机和俯冲轰炸机就统一了，大大缓解了后勤维保的压力。至于角田觉治的陆基战斗机，则多为雷电式战斗机，这种陆基战斗机的性能甚至比烈风式舰载战斗机还要好，只不过起降距离比较长，机体比较重不适合当作舰载机来使用而已。
正在积极备战的双方并不知道，这是二战进行到现在最大的一次航母对战，甚至在二战以后很多年都保持了这个记录。自从反复地被中国空军教训后，日本海军相比历史上已经大大加快了其飞机的更新换代速度，并没有躺在“零式神话”上睡大觉。而教训的另外一个后果就是日本海军更加重视以航母来构建主要攻击力量，这可以从现有航空母舰的升级之上看出，受伤修复的翔鹤、瑞鹤几乎按照最新的经验更换了所有的飞行装备，包括长长的甲板，它们不仅取消了那些用不上的设计，而且增加了舰载机的数量。而另外一艘大凤号重型航空母舰，则是在1939年之后日本海军倾力打造的重型航母，相比其他改装航母而言，大凤号的血统非常之正宗，而且吸取了航母作战中的先进经验和教训。
其实要是再等上半年，日军就会有一艘重型航母和四艘中型航母投入使用，这样一来在太平洋战场上更加有把握，这也是近一年来联合舰队韬光养晦的原因，不过美军进攻马里亚纳群岛确实使得日军不得不进行迎战。
其实日本人的对手，美国人也并不希望在这个时候进行航母决战。这是因为美国的经济已经全面转入战争轨道，平均每一个月都会有一艘大型航空母舰下水，那些战斗舰更是不断出现在美国海军的作战序列之中。再等上半年，美国海军的装备就会全面超过日本海军。不过美国人也有他不得不在这个时候发起攻击的理由。
美国政府其实对于推动马里亚纳方面进行过激烈的讨论。就像日本陆军和日本海军的关系那样，美国陆军和美国海军的矛盾同样不可调和。双方拥有不同的武器系统、指挥系统和训练模式，而且因为互相争抢有限的资源而产生了矛盾。只是在珍珠港事件之后，美国海军为了尽快恢复在太平洋之上的地位而向陆军进行妥协，要求陆军派出航空队和士兵为海军守卫岛屿。而其后美国海军在援助东南亚和澳大利亚的美国陆军撤离方面又给了后者一个很大的人情，所以对立的情况有所改善。
但是随着战争进展得越来越顺利，美国海军占领了马绍尔群岛之后，与美国陆军的矛盾却有恢复之势。从菲律宾逃离的麦克阿瑟将军希望美国陆军在太平洋战场之上充当主力，力求通过派遣远征军以缅甸和中国大陆为跳板，进而进攻印度支那、夺回菲律宾，甚至威胁和轰炸日本本土。那些b-29轰炸机已经被证明具备这种能力。
等到中国政府收回全部国土之后，这种论调逐渐在国会中占据了上风，甚至陆军司令部已经做好了全面的计划，就等总统批准了。谁知道转眼之间，中国政府在和平降临之后突然爆发了派系之争。军统开始进攻空军，而后来军统头子戴笠身亡，中国大陆陷入了内战的边缘。在这种情况下显然任何以中国为基地的作战计划都是不可行的，美国政府不得不加紧翰旋，使得中国的政局平息下来。当然其中还不得不动用了援助的手段。
不过接下来中国政府进入了“宪政”的预备阶段，全民投入了立宪和选举的重要阶段。对于支持美军作战却没有多少兴趣。而蒋介石借口需要等待新政府成立后作出决定为由拒绝了罗斯福借地盘的要求。其实最终的原因是蒋介石觉得美军跟中国空军司令何俊才的关系更加紧密，担心大量的美国陆军来到中国大陆后可能会打破目前的势力平衡。
这样一来不仅不能通过中国大陆对日本占领的东南亚土地进行进攻，甚至连轰炸日本本土的机场都无法从中国借得。空有大量的b29却无法去削弱日军的工业设施，大部分的美军飞行员都相信，轰炸日本可比轰炸德国容易得多，那些德军飞行员简直成精了，而且拥有新型的喷气式战斗机。
所以最后美国海军的作战计划反而得到了通过，攻占马里亚纳群岛被搬到了历时日程上来。就这样阴差阳错，史上最大的一次航母碰对碰就开始了。
从中途岛海战和夏威夷海战的经验看来，对已知或未知的敌人舰队展开搜索，从而得知敌舰队位置、动向是必要的，因此南云忠一的航母舰队18日即派出42架侦察机出动搜索。在几个岛屿之上的陆基战斗机也加强了出动，连那些常年获得不了飞行时间的老式水上战斗机都用上了。这样一来，日军在情报方面获得了优势，在与美军第58特混舰队保持距离的同时仍获得了充分的情报。
当天夜间，第58特遣舰队指挥官米契尔中将建议连夜西进，如果发现日本舰队后就全力将其消灭，这些观点得到了在炮击塞班岛中大大露了一把脸的第7支队司令威利斯？李的认可。不过斯普鲁恩斯中将却仍一如以往谨慎，他觉得应该不以歼灭日本舰队而以掩护赛班为重。最终第58特遣舰队采取了白天西进，晚上便东撤的保守防御的战术，目的不得离开能支持塞班的距离。这种战术使得水兵们和飞行员们都大失所望，在拥有如此豪华配置的舰队的时候，却不能建功立业，这种心情的确不好受。这样一来，航空母舰上的餐厅就成了飞行员们发泄的场所，大量的酒水被消耗一空。
19日凌晨4时20分，南云忠一再度派出43架侦察机，其中两架侦察机穿越厚厚的云层后终于在洋面上捕捉到了美军的位置。由于美军舰队一直在塞班岛周围游弋，丧失了高速机动性，所以南云忠一要找到他们不是太大的难事。
南云忠一所发现的美军的位置非常之巧妙。它更加靠近日军占领的关岛多一些，美军舰队恰好处于日军舰队和关岛的中间位置。于是一个由参谋规划出来，曾经演练过数次的攻击方式浮现在南云忠一的脑海之中。南云忠一首要的目标是要保存航空母舰，而对其上的舰载机虽然也很看重，但是如果能有效消灭美军，却是可以牺牲的。现在日本人相比美国人优势就是占有着马里亚纳群岛上的数个岛屿。甚至就连塞班岛，这个美军已经登陆了的岛屿，其上的两个机场还在日军的控制之下，美军联合远征军在五万日军的地道工事阻击之下寸步难行，每占领一个地堡、一条地道都要付出巨大的代价。
因为南云忠一确信直到这个时候斯普鲁恩斯仍不清楚日军航母舰队位置。所以他不希望派出舰载机返航途中暴露日本航母舰队的位置。现在正好有这样一个机会，那就是攻击机群从航母上起飞，对美军航母舰队进行轰炸之后，直接前往关岛降落。关岛上的陆基战斗机将接应他们。这就是名为穿梭轰炸的战术。