司令長官：小澤治三郎中將
甲部隊小澤治三郎中將
第一航空戰隊（小澤中將直率）航空母艦：大鳳、翔鶴、瑞鶴
第五戰隊重巡洋艦：妙高、羽黑
第十戰隊輕巡洋艦：能代、驅逐艦8艘
乙部隊城島高次少將
第二航空戰隊航空母艦：隼鷹、飛鷹小型航空母艦：龍鳳
戰列艦：長門、重巡洋艦：最上、驅逐艦7艘
前衛（第二艦隊）栗田健男中將
第一戰隊（宇垣纏中將）戰列艦：大和、武藏
第三戰隊（鈴木義尾中將）戰列艦：金剛、榛名
第三航空戰隊小型航空母艦：瑞鳳、千歲、千代田
第四戰隊（栗田中將直率）重巡洋艦：愛宕、高雄、鳥海、摩耶
第七戰隊重巡洋艦：熊野、鈴谷、利根、筑摩
第二水雷戰隊輕巡洋艦：矢矧、驅逐艦7艘
第一航空艦隊第五基地航空部隊角田覺治中將
從上面可以看出，日軍與美軍的實力，相差天地之別，特別是海戰之神航空母艦，雙方在數量上有著巨大的懸殊。
由于是在太平洋群島作戰，所以，海空軍就成為了決定性力量，而陸軍則退到了次要地位，從雙方的兵力配比來看，這仗沒有開打，日軍就處于了絕對的劣勢，可是，日軍的頑固本性讓他們寧為玉碎，不為瓦全，于是，這場強弱懸殊的戰役終于開始了。
但誰也沒有想到的是，戰役一開始，日軍卻掌握了主動。
從中途島的經驗看來，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，因此小澤艦隊1944年4月18日即派出42架偵察機出動搜索并加上馬里亞那方面的情報，在與第五艦隊保持距離的同時仍獲得充分的情報。同日夜間，第58特遣艦隊指揮官米切爾力主連夜西進，發現日本艦隊后就全力將其消滅，
此時斯普魯恩斯仍不清楚小澤艦隊位置，小澤則不但知道美軍在哪里，也曉得美軍已經進入日機攻擊半徑，但本身則還未進入美機打擊范圍。既然斯普魯恩斯未能掌握小澤艦隊位置，就先命令米切爾消滅在馬里亞那已知的敵機力量，與小澤決戰之前先解決這方面的敵人。
從19日上午正當第五艦隊不斷搜尋小澤艦隊行蹤之際，小澤已于8：30派出栗田前衛艦隊的飛機共69架發動第一波攻擊，8：56從主力的甲隊派出最大的一波攻勢共128架作為第二波，10：00自乙隊派出47架飛機作第三波，11：00又從甲乙兩隊發出82架飛機作為當日上午最后一波，四波共326架，企圖以大量的戰機一舉擊破米切爾的空中防御。
然而讓日軍沒有想到的是，美軍新裝備的雷達此時卻發揮了巨大的作用，19日9：50，第一波日機被美軍戰艦雷達發現，米切爾于10分鐘內出動240架飛機，雙方原本在遭遇時，美軍飛機應還無法爬升至日機高度，也就是說，這些美軍飛機得眼睜睜看著日機從其上方呼嘯而過卻無法攔截，但日機卻浪費寶貴的10分鐘對機群重新調整，使美軍有時間迅速爬升至與日機相同的高度，并以監聽日機指揮官指令改變攔截戰術。
接下來，以F6F地獄貓式戰斗機為主的美機對已顯得落后的日本飛機進行攔截，日機主力零式戰斗機太平洋戰爭初期所向披靡，但此時已不是米國地獄貓式戰斗機的對手，飛機數量、質量及自中途島戰役后逐漸拉大的雙方飛行員素質，使日機完全無法應付美機的攻擊，只能對前方的美軍戰艦群進攻。
但美軍使用新型防空炮彈—裝有近炸引信的炮彈，此種炮彈可以偵測飛機是否進入其爆炸殺傷范圍，一旦進入其爆炸殺傷范圍即會引爆，效率為傳統防空炮彈數倍，太平洋戰爭后期有一半高炮擊落的飛機是因為使用VT引信炮彈的緣故，在后來日本發動神風自殺攻擊時發揮關鍵作用，使得日機攻擊美艦的難度加大。
在米國戰機與美艦強大防空火炮之攔截下，日本第一波攻擊機群損失42架，僅有4架飛到第7支隊上空并命中南達科他號一枚炸彈，沒有一架飛到米國航母上空。
11時39分，規模最大的日機第二攻擊波再度被米國戰機攔截，米國F6F戰機圍著技術欠佳、性能落伍的日機窮追猛打，演變成空中大屠殺，至少70架日機在這波攔截中被擊落。
米國飛行員興奮異常，其中一名飛行員興奮的大叫道：““這多像古代獵殺火雞的戰場啊！”
從這天開始，這場空戰被命名為馬利亞那獵火雞大賽。
不過，并不是所有的日軍戰機都被擊落，總共有20架日機突破重圍，然而，其中的14架接著又被第7支隊的防空炮火擊落，一架天山式魚雷機撞在戰列艦印第安納號水線附近，但魚雷未爆炸；另有6架彗星式俯沖轟炸機在正午時對第2支隊展開攻擊，一枚炸彈在黃蜂號上空爆炸，兩枚炸彈在邦克山號近處海中爆炸，兩艦受損輕微。第3支隊遭受幾架魚雷機攻擊，企業號躲掉一枚魚雷，其它飛機則被米國防空炮火打退。
日軍戰機在第二波攻擊中損失慘重，總計第二波日機128架共折損97架，另外僥幸逃生的31架則返回小澤艦隊，而美軍卻幾乎未受損失，可見，此時雙方裝備與飛行員的素質，已完全不在一個等級數量之上了。
隨后，日軍與美軍又在空中與海上進行了數次大戰，19日當天戰斗結束時，戰役結果已大致分曉。小澤艦隊被米國潛艦擊沉兩艘大型航空母艦，派出的326架艦載機中僅130架返回日本航空母艦，加上角田在關島折損的50架及隨大鳳、翔鶴沉沒的飛機，日本總損失315架。美方取得史上最大艦載機空戰的壓倒性勝利，空戰中僅僅損失23架，6架飛機在操作意外中損毀，此外僅有兩艘航艦、兩艘戰斗艦受到輕微損傷。
經此重創，日軍殘存的海空軍狼狽逃走，再次受到美軍的追擊，受到第二次打擊，整個戰役下來，米國第五艦隊第58特遣艦隊在這場海戰中重創日本海軍主力第一機動艦隊，一舉奪得西太平洋的制海權同時鞏固在塞班建立起的陣地，美軍僅付出76人陣亡、損失123架飛機、四艘軍艦輕傷的極小代價，給予敵人三艘航空母艦、兩艘油輪及600架飛機的巨大傷害。戰役中，日軍航空母艦3艘、油艦2艘被擊沉，航空母艦4艘以及戰列艦、巡洋艦、油船各1艘被擊傷，損失飛機395架；美軍航空母艦2艘、戰列艦2艘、巡洋艦1艘受輕傷，損失艦載機126架。整個馬里亞納群島，完全孤立于美軍的攻擊之下。
從此之后，日軍在太平洋戰場，完全陷入了被動挨打之中。
馬里亞納海戰之后，美軍開始向馬里亞納群島開始了登陸作戰，麥克阿瑟，是不會將到手的榮耀讓給中國人的。
戰前，麥克阿瑟對本次戰役進行了分析，他認為，奪取塞班島是本次戰役勝利的關鍵，所以麥克阿瑟決定，集中兵力，先戰領塞班島，打破日本的防御圈兒。
塞班島是馬里亞納群島的第二大島，長約21公里，寬4公里至8公里不等，面積約184平方公里，地勢中央高四周低，島上多山峰、丘陵、溝壑、巖洞，制高點是島中央海拔450米的塔波喬峰，島西海岸有一條覆蓋整個海灘的珊瑚礁，加拉潘角將其一分為二，北面形成天然良港——塔那潘港，該港也是塞班島以及馬里亞納群島的經濟、文化中心。
南面為平坦的馬基奇思海灘，是理想的登陸灘頭。日軍在塞班島上建有三個機場，南面的阿斯利洛機場始建于三十年代，經過擴建，現可起降任何機型的飛機，是島上的主要機場。附近的恰蘭卡諾阿機場是簡易機場，只能起降小型飛機。
北面的馬皮機場，跑道較短，作為戰斗機緊急著陸的備降機場。
塞班島不僅是日軍在馬里亞納群島的中心島嶼，還是中太平洋地區的防御核心，其陸軍第三十一軍軍部和海軍中太平洋艦隊司令部都設在該島。
自1944年春起，日軍就開始向塞班島增派部隊，加強防御力量，但美軍封鎖嚴密，途中遭到了很大損失。
截至美軍登陸前夕，日軍在塞班島上兵力是陸軍步兵第四十三師團、步兵獨立混成第四十七旅團、工兵獨立第七聯隊、坦克第九聯隊、山炮獨立第三聯隊和高炮第二十五聯隊等部，共2．8萬人。
火炮211門，坦克39輛，海軍有第五水警區的第五十五警備隊和橫須賀第一海軍陸戰隊等部，共1．5萬人，火炮49門，坦克10輛，合計總兵力4．3萬，火炮260門，坦克49輛。
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