其實這樣的全面開戰，美軍司令弗萊徹並不是那麼容易就決定了，但是之前兩天戰局，美國海軍已經接連損失了兩艘重巡洋艦，日軍損失更加慘重，本來還想讓小鬼子做美國的二鬼子，可如果還這樣拖下去，最後可能是二鬼子全部死亡，與其坐以待斃，還不如主動出擊，就算是輸了，也還可以說的過去，畢竟拼掉了遠東軍團的太平洋實力。
於是，在這次空中攻擊中，日美聯軍可以說傾巢出動，日軍第一航空戰隊全部戰機負責主攻，美軍第五航空軍團負責協助作戰。
可是在這次空中戰鬥中，離艦的美日軍機，並不是都向着預想的目標飛去，整個日美聯軍的大機羣，分爲了七個編隊，三百多架戰機頂着烈日朝着遠東海軍華東航空母艦戰鬥羣而去，但在空戰爆發以後，只有五個機羣參加了戰鬥，因爲烈日當空，有些飛機實際上最後從華東編隊的上空飛過，由於光線等多種原因，最後並沒有發現目標，等到大機羣展開戰鬥以後，他們才發現華東編隊，但是大兵壓境的優勢局面，已經沒有，在這些日美戰機拋下炸彈時，已經開始遭到遠東艦載戰鬥機的攔截。
這次空中戰鬥，雙方整整打了一天，一直到暮色降臨，空中的飛機都已經開始迷失方向，雙方纔不得不暫時打住，而在交戰的過程中，雙方的航母都在海上航行，最後竟然有一架日軍飛機準備降落在遠東海軍福建號航母上。
最後要不是由於海軍識別信號不同，日軍戰機最後被航母炮手發現，並將其中的一架擊落入海，另外幾架日軍慌忙逃入黑夜之中，這使得雙方指揮官都意識到，對方海軍航母一定就在附近，不過此時這場海戰的結果，已經基本定型，航空母艦之間的決鬥必定在白天，但是雙方的戰艦卻可以繼續戰鬥到明天。
只所以說這場海戰的結果已經確定，那是因爲在遠東Z-2單翼魚雷轟炸機攻擊美國中型航母列克星頓號的時候，成功的採取運用了空中夾擊戰術，直接從美國中型航母列克星頓號艦首的兩舷，15至55米超低空高度，距離1000至1500米投射致命魚雷，但列克星頓號的噸位較大，海中迴圈半徑較大，戰艦有點轉彎不靈活，最後遠東Z-2單翼魚雷轟炸機投射的15枚魚雷，就有7枚擊中該艦，左舷五枚，右旋兩枚，最後使得美國中型航母列克星頓號動力鍋爐艙有五處進水。
其實在交戰中，列克星頓號真的拼命規避遠東魚雷，可是第一波轟炸的魚雷機走後，第二波機隊又開始對它進行攻擊，隨後又有12顆炸彈命中目標，這場航母遭遇戰，最後美國中型航母列克星頓號只持續四十三分鐘，但遠東艦載機飛走後，燃燒中的列克星頓號航母正在下沉，而就在飛行員興高采烈地報告夏威夷基地戰果的時候，日美聯軍的艦載機似乎準備給美國中型航母列克星頓號報仇，最後也重創了遠東海軍山東號航母的飛行甲板，但是與遠東艦載機毫不含糊地擊沉了一艘“中型航空母艘”相比，一艘“輕型航空母艦”的甲板受創就不算什麼了。
但誰也沒有想到，實際上，美國海軍中型航母列克星頓號，儘管由於被多枚魚雷和炸彈擊中後，開始產生7度橫傾，但是該艦在調整攜帶的燃油之後，又恢復了平衡，並且還可以繼續接納返航的美國飛機着艦，同時一邊派出艦載戰鬥機，進行加強航母附近的制空權。
不過最後由於大量燃油泄漏，導致美國海軍中型航母列克星頓號，艦內突然發生大爆炸，最後引起大火，火勢迅速蔓延以至無法控制，最後於下午17時左右，美國艦長下令全體艦員離艦，17時30分左右，美軍費爾普斯號驅逐艦奉命對美國中型航母列克星頓號發射5條魚雷，列克星頓號於17時56分沉沒與珊瑚海地區，而已經降落到該艦上的36架美國飛機，也隨之沉入大海，從此美國第五特混艦隊，只剩下約克城號航母，尚有的轟炸機127架、戰鬥機32架，當時已經入夜，美軍司令弗萊切已經無意再戰，就率隊撤離了主戰場。
在這持續一天的海空戰鬥打下來，雙方可以說都是精疲力竭，據不完整統計，遠東海軍損失七艘華夏級驅逐艦，三艘百川級巡洋艦，兩艘南海大戰中繳獲的法國老式戰列艦，山東號航母因爲甲板損傷過於嚴重，只好攜帶十餘架艦載機撤出戰鬥，前往阿拉斯加州船務進行修復。
美國海軍同時損失明尼阿波利斯號、新奧爾良號2艘重巡洋艦，費爾普斯號、杜威號、法拉格特號、艾爾溫號四艘驅逐艦，而日軍最慘，損失了幾乎所有的水面戰艦，只剩下了最後一艘航空母艦翔鶴號，但也不是小鬼子不要命的猛攻，遠東海軍也不知至於損失了十二艘戰艦，這樣的數字直接成爲遠東海軍歷史上，在海戰中損失最大的一次。
同時損失的戰機數量也不小，遠東海軍損失Z-2單翼魚雷轟炸機7架，殲-11、殲-13合計35架，而美國海軍在空戰中損失P-5、P-6戰鬥機61架，B-92轟炸機3架，日軍損失戰機27架，雙方一共損失133架各類戰機。
這樣的數據統計出來以後，自然就將珊瑚海之戰的命運畫上了註定，雖然在戰前，遠東海軍航空母艦戰鬥羣，外加夏威夷基地的戰機，最多隻擁有250餘架，而日美聯軍合計550餘架，可是在幾天的硬戰打下來，美國只剩下約克城號200架戰機和小日本翔鶴號50架戰機。
而遠東軍團還擁有200架戰機，這樣的數據可能擺在之前，日美聯軍還有一拼的想法，但是幾天打下來，他們已經知道了遠東海軍航空母艦戰鬥羣的實力，再加上這場戰鬥，準確的暴露了一個問題，那就是遠東海軍可以說指哪打哪，而日美聯軍有時候，自己都覺得指揮系統很亂。
關於日美聯軍發現了他們的通信，已經被遠東軍團破解，這一點此時的遠東指揮官李東華一點也不在乎，因爲在第三天的迎戰中，他已經成功的將天平打破，以後就算是沒有準確的敵情，他也能將日美聯軍打趴在珊瑚海。