正如斯普魯恩斯海軍中將所預料的那般，美國潛艇所偵查到的的確是一支龐大的日本艦隊，幾乎囊括了聯合艦隊中的主力。因爲馬里亞納羣島的戰略位置對於日本來說無比重要，所以這一次日本海軍是以破釜沉舟的心態來組織這次海戰的。從10月15日開始，除了那些老舊的只能在日本近海充當防禦炮艦或者訓練艦的老舊艦隻外，日軍聯合艦隊的所有主力艦隻幾乎全數出動，向馬里亞納羣島航行而來。日本海軍大將山本五十六親任艦隊司令，南雲忠一則負責指揮新的快速航母艦隊。
這一次日軍擁有九艘航空母艦、五艘戰列艦、十三艘巡洋艦和二十二艘驅逐艦。其中值得注意的是，日軍航母艦隊的規模首次超過了太平洋戰爭的初期。在夏威夷大海戰和中途島大海戰之中，日軍損失了四艘重型航母，使得艦齡較長的瑞鶴號和翔鶴號在一段時間內成爲了日軍唯一擁有的兩艘重型航母，但是現在情況改變了。日軍此次的航母艦隊除了擁有大鳳、翔鶴、瑞鶴三艘重型航母之外，還擁有隼鷹、飛鷹、龍鳳、瑞鳳、千歲、千代田六艘中型和輕型航母，艦載機數量達到了498架。雖然仍然比不上美軍的900架艦載機，但是要知道在關島和提尼安島等島嶼之上，還有第一航空艦隊第五基地航空部隊角田覺治中將率領的近300架陸基戰鬥機。
不光是數量上達到了旗鼓相當，日本海軍聯合艦隊更是將壓箱底的貨都拿了出來，在艦載機質量方面相比美軍也並不差。航母上的艦載戰鬥機幾乎全部是最新的烈風式戰鬥機，這種放大了的零式戰鬥機不僅具備原來機動靈活的特點，而且在火力、裝甲、通信等方面都大爲改進。艦載攻擊機則統一換成了流星式，這樣魚雷攻擊機和俯衝轟炸機就統一了，大大緩解了後勤維保的壓力。至於角田覺治的陸基戰鬥機，則多爲雷電式戰鬥機，這種陸基戰鬥機的性能甚至比烈風式艦載戰鬥機還要好，只不過起降距離比較長，機體比較重不適合當作艦載機來使用而已。
正在積極備戰的雙方並不知道，這是二戰進行到現在最大的一次航母對戰，甚至在二戰以後很多年都保持了這個記錄。自從反覆地被中國空軍教訓後，日本海軍相比歷史上已經大大加快了其飛機的更新換代速度，並沒有躺在“零式神話”上睡大覺。而教訓的另外一個後果就是日本海軍更加重視以航母來構建主要攻擊力量，這可以從現有航空母艦的升級之上看出，受傷修復的翔鶴、瑞鶴幾乎按照最新的經驗更換了所有的飛行裝備，包括長長的甲板，它們不僅取消了那些用不上的設計，而且增加了艦載機的數量。而另外一艘大鳳號重型航空母艦，則是在1939年之後日本海軍傾力打造的重型航母，相比其他改裝航母而言，大鳳號的血統非常之正宗，而且吸取了航母作戰中的先進經驗和教訓。
其實要是再等上半年，日軍就會有一艘重型航母和四艘中型航母投入使用，這樣一來在太平洋戰場上更加有把握，這也是近一年來聯合艦隊韜光養晦的原因，不過美軍進攻馬里亞納羣島確實使得日軍不得不進行迎戰。
其實日本人的對手，美國人也並不希望在這個時候進行航母決戰。這是因爲美國的經濟已經全面轉入戰爭軌道，平均每一個月都會有一艘大型航空母艦下水，那些戰鬥艦更是不斷出現在美國海軍的作戰序列之中。再等上半年，美國海軍的裝備就會全面超過日本海軍。不過美國人也有他不得不在這個時候發起攻擊的理由。
美國政府其實對於推動馬里亞納方面進行過激烈的討論。就像日本陸軍和日本海軍的關係那樣，美國陸軍和美國海軍的矛盾同樣不可調和。雙方擁有不同的武器系統、指揮系統和訓練模式，而且因爲互相爭搶有限的資源而產生了矛盾。只是在珍珠港事件之後，美國海軍爲了儘快恢復在太平洋之上的地位而向陸軍進行妥協，要求陸軍派出航空隊和士兵爲海軍守衛島嶼。而其後美國海軍在援助東南亞和澳大利亞的美國陸軍撤離方面又給了後者一個很大的人情，所以對立的情況有所改善。
但是隨着戰爭進展得越來越順利，美國海軍佔領了馬紹爾羣島之後，與美國陸軍的矛盾卻有恢復之勢。從菲律賓逃離的麥克阿瑟將軍希望美國陸軍在太平洋戰場之上充當主力，力求通過派遣遠征軍以緬甸和中國大陸爲跳板，進而進攻印度支那、奪回菲律賓，甚至威脅和轟炸日本本土。那些b-29轟炸機已經被證明具備這種能力。
等到中國政府收回全部國土之後，這種論調逐漸在國會中佔據了上風，甚至陸軍司令部已經做好了全面的計劃，就等總統批准了。誰知道轉眼之間，中國政府在和平降臨之後突然爆發了派系之爭。軍統開始進攻空軍，而後來軍統頭子戴笠身亡，中國大陸陷入了內戰的邊緣。在這種情況下顯然任何以中國爲基地的作戰計劃都是不可行的，美國政府不得不加緊翰旋，使得中國的政局平息下來。當然其中還不得不動用了援助的手段。
不過接下來中國政府進入了“憲政”的預備階段，全民投入了立憲和選舉的重要階段。對於支持美軍作戰卻沒有多少興趣。而蔣介石藉口需要等待新政府成立後作出決定爲由拒絕了羅斯福借地盤的要求。其實最終的原因是蔣介石覺得美軍跟中國空軍司令何俊才的關係更加緊密，擔心大量的美國陸軍來到中國大陸後可能會打破目前的勢力平衡。
這樣一來不僅不能通過中國大陸對日本佔領的東南亞土地進行進攻，甚至連轟炸日本本土的機場都無法從中國借得。空有大量的b29卻無法去削弱日軍的工業設施，大部分的美軍飛行員都相信，轟炸日本可比轟炸德國容易得多，那些德軍飛行員簡直成精了，而且擁有新型的噴氣式戰鬥機。
所以最後美國海軍的作戰計劃反而得到了通過，攻佔馬里亞納羣島被搬到了歷時日程上來。就這樣陰差陽錯，史上最大的一次航母碰對碰就開始了。
從中途島海戰和夏威夷海戰的經驗看來，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，因此南雲忠一的航母艦隊18日即派出42架偵察機出動搜索。在幾個島嶼之上的陸基戰鬥機也加強了出動，連那些常年獲得不了飛行時間的老式水上戰鬥機都用上了。這樣一來，日軍在情報方面獲得了優勢，在與美軍第58特混艦隊保持距離的同時仍獲得了充分的情報。
當天夜間，第58特遣艦隊指揮官米契爾中將建議連夜西進，如果發現日本艦隊後就全力將其消滅，這些觀點得到了在炮擊塞班島中大大露了一把臉的第7支隊司令威利斯？李的認可。不過斯普魯恩斯中將卻仍一如以往謹慎，他覺得應該不以殲滅日本艦隊而以掩護賽班爲重。最終第58特遣艦隊採取了白天西進，晚上便東撤的保守防禦的戰術，目的不得離開能支持塞班的距離。這種戰術使得水兵們和飛行員們都大失所望，在擁有如此豪華配置的艦隊的時候，卻不能建功立業，這種心情的確不好受。這樣一來，航空母艦上的餐廳就成了飛行員們發泄的場所，大量的酒水被消耗一空。
19日凌晨4時20分，南雲忠一再度派出43架偵察機，其中兩架偵察機穿越厚厚的雲層後終於在洋麪上捕捉到了美軍的位置。由於美軍艦隊一直在塞班島周圍遊弋，喪失了高速機動性，所以南雲忠一要找到他們不是太大的難事。
南雲忠一所發現的美軍的位置非常之巧妙。它更加靠近日軍佔領的關島多一些，美軍艦隊恰好處於日軍艦隊和關島的中間位置。於是一個由參謀規劃出來，曾經演練過數次的攻擊方式浮現在南雲忠一的腦海之中。南雲忠一首要的目標是要保存航空母艦，而對其上的艦載機雖然也很看重，但是如果能有效消滅美軍，卻是可以犧牲的。現在日本人相比美國人優勢就是佔有着馬里亞納羣島上的數個島嶼。甚至就連塞班島，這個美軍已經登陸了的島嶼，其上的兩個機場還在日軍的控制之下，美軍聯合遠征軍在五萬日軍的地道工事阻擊之下寸步難行，每佔領一個地堡、一條地道都要付出巨大的代價。
因爲南雲忠一確信直到這個時候斯普魯恩斯仍不清楚日軍航母艦隊位置。所以他不希望派出艦載機返航途中暴露日本航母艦隊的位置。現在正好有這樣一個機會，那就是攻擊機羣從航母上起飛，對美軍航母艦隊進行轟炸之後，直接前往關島降落。關島上的陸基戰鬥機將接應他們。這就是名爲穿梭轟炸的戰術。