斯普鲁恩斯的第五舰队与特纳的联合远征军部队在进入该海域时即有效压制日军的航空兵力，6月13日斯普鲁恩斯虽然自潜艇部队收到获得日本舰队出动的情报，由于斯普鲁恩斯推断在17日前都不会与日本舰队接触，因此斯普鲁恩斯仍在14日指挥第五舰队主力第58特遣舰队其中的第1与第4支队前去攻击硫磺岛与小笠原群岛的父岛，把北面的敌军战机清除殆尽。
15日美军在联合远征军部队司令特纳指挥下顺利登陆塞班岛，原本认为日军无力增援的斯普鲁恩斯发出18日登陆关岛的命令，不料同日18时35分，美国潜舰飞鱼号(USS Flying Fish SS-229)在圣贝纳迪诺海峡发现一支日本舰队;19时45分，另一艘美国潜舰海马号(USS Seahorse SS-304)在菲律宾苏里高海峡北部岷答那娥附近也发现另一支日本舰队;17日夜里，又一艘美国潜舰传来接触报告。
依此大量的接触情报来看，斯普鲁恩斯确认日军支持马里亚那的企图，由于双方舰队18日时即可能接触，于是斯普鲁恩斯推迟登陆关岛的时程，17日召回刚毁灭硫磺岛及父岛航空兵力的第1与第4支队，并从特纳的联合远征军舰队抽出8艘巡洋舰、21艘驱逐舰来强化第58特遣舰队的军力，联合远征军的登陆舰队则先开往东方海域避风头，第58特遣舰队则准备与日舰队接战。潜艇的大量接触情报使斯普鲁恩斯以为日本至少动用两支舰队，一支先诱开第58特遣舰队，另一支趁机攻击赛班岛的美军登陆部队。于是斯普鲁恩斯下令确切掌握日本舰队位置之前，第58特遣舰队不得远离赛班岛。一般认为此决定过于保守，使得该海战美军无法给予日军更大的打击。
18日中午，第58特遣舰队集结完毕，斯普鲁恩斯移交战役指挥权给第58特遣舰队指挥官马克·米契尔(Marc Mitscher，时任中将)，随后其全部五个特遣群共十五艘航空母舰摆开阵势，其中以七艘战斗舰(其中有两艘世界最强的衣阿华级战列舰)为主的第7支队摆在日本舰队与四个航舰特遣群之间，以防日本水面舰队接近美国航空母舰(有人认为这是给落居海战配角的战列舰舰队一次战列决战的机会。)，除掩护第7支队的第4支队航空母舰外，其余第1、2、3支队皆部署在战舰舰队后方展开，挡在塞班岛西侧，随时迎接日军攻击到来。
15日晚上6时被美国潜舰飞鱼号于圣贝纳迪诺海峡发现的就是日本舰队主力——第一机动舰队(由小泽指挥)，而15日晚上7时在岷答那娥被美国潜舰海马号发现的另一支日本舰队就是先前参与“浑”作战计划的第一机动舰队另一部分兵力，他们在接获「阿」作战计划命令后立刻终止“浑”作战，赶赴北方与小泽会合。第一机动舰队(以下称小泽舰队)其中共有九艘航空母舰，搭载四百余架飞机，舰队还有五艘战舰(包括两艘世界最大的大和级战舰)，分为由小泽亲自率领的甲队、城岛高次海军少将的乙队，以及在往后雷伊泰湾海战中因带领主力舰队的栗田健男中将所率领的前卫舰队。
小泽并未如同斯普鲁恩斯所设想采取分兵合击策略，而是打算利用日本在关岛、 罗塔岛等地设有航空基地的地利之便，将舰队部署在美国舰载机打击半径以外，同时日本舰载机起飞攻击美舰队，在穿越美军舰队后，飞行至罗塔岛与关岛等地降落加油挂弹准备下一波攻击，实施所谓的“穿梭轰炸”。如此就能大大延长日本舰载机的打击范围，而美国舰队则无法攻击日本舰队。同时，小泽也寄望角田的岸基飞机助他一臂之力，抵销美国舰载机的数量优势，可是马里亚那群岛的日本守军指挥齐藤义次隐瞒美国舰载机已重创角田航空队的事实，而未告知小泽真实情形，使其无法掌握其与美方的实力对比。
随着小泽舰队进入菲律宾海，双方舰队发觉彼此的存在后，这场史上最大的航空母舰战役与舰载机空战，即将拉开序幕。
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