1944年夏，美军发动了马里亚纳群岛登陆作战。这次作战的主要目的是攻克塞班岛与提尼安岛，夺回关岛，突破日本的内线防御圈。6月6日，美国太平洋舰队总司令尼米兹上将命令米切尔指挥的第58特混舰队向马里亚纳群岛挺进。6月15日美军在塞班岛登陆。这一事件迫使日本联合舰队司令丰田副武海军大将迅速作出反应。他电令小泽治三郎中将率领第1机动舰队“进攻马里亚纳群岛地区之敌，歼灭敌舰队。”5分钟后，他又发一封电报强调：“皇国兴废，在此一战。”19日7时30分，小泽舰队在塞班岛西南海面发现了美国第58特混舰队。这是一支强大的特混舰队，与日本第1机动舰队相比，在总兵力上占有近3：1的优势，有15艘航空母舰、7艘战列舰、21艘巡洋舰、69艘驱逐舰、956架舰载机。对此，小泽并未惊慌，他对自己的“外围歼击”战术非常自信。他打算充分利用日机作战半径比美机大的优势，先让马里亚纳群岛上的岸基飞机出击，杀伤三分之一的美国航母兵力之后，再派舰载机出击，空袭后在岛上各机场降落加油装弹。而日本舰队则始终在美国舰队的有效打击半径之外作战。但此时他并不知道，马里亚纳群岛上的大部分岸基飞机已被抢先下手的美军飞机击毁。岛上守军司令斋藤中将为了面子，竟没有向他通报这一重要情况。
日本第1机动舰队上的舰载机从相距300余海里处开始远距离进攻，先后进行了四次突击。第一批起飞71架，第二批起飞130贺，第三批起飞47架，第四批起飞84架。10时，美国雷达发现了小泽的第一批飞机。米切尔亲自通过无线电发出警报：“嘿！鲁布！”这是命令所有F6F泼妇式新型战斗机返回各自的航空母舰，准备战斗的暗语。当小泽机群离米切尔的旗舰，新建造的“列克星敦”号航空母舰还有71海里时，F6F战斗机起飞了。布鲁尔少校率领首批战斗机前去迎敌。他一马当先，把一架日本轰炸机打得爆炸开花，接着又打断另一架轰炸机的机翼。不久，他甩掉一架零式战斗机的跟踪，并将其击落，片刻后，又击落1架零式战斗机。
其他航空母舰的泼妇战斗机也赶来参战。它们迅猛地冲入日本机群，将25架日本飞机打得翻滚落海。其余日本飞机拚命冲向美国航空母舰，但与第二批美国泼妇战斗机遭遇，又有16架日机坠入大海。只有1架日机穿过这层层防线，飞到美国“南达科他”号战列舰上空投弹，但一去就再也没有消息了。
第二批日本飞机刚飞到距美国舰队60海里的地方，便遭到从美“埃塞克斯”号航空母舰上起飞的12架泼妇战斗机的拦击。这时，从其它航空母舰上起飞的美国战斗机也迅速围上来，几分钟内就击落70架日本飞机。
第三批日本飞机弄错了坐标，只有12架飞到战区，其中7架被击落。
第四批日机飞错了方向，只有6架飞抵美国舰队上空，但没有给舰队造成损失。由于美国航空兵在数量和质量上都占有绝对优势，小泽的360架舰载机，仅仅几个小时就损失了近300架，另外还有100架驻关岛的岸基飞机被击落。同时，日本舰队的“翔鹤”号、“大凤”号航空母舰也被美国潜艇击沉。美国方面被击落的飞机只有20多架。美国人后来称这次空战为“马里亚纳的大规模火鸡射击战”。
次日，美军又击沉一艘日本航空母舰，击伤其它舰只多艘，并摧毁65架日本飞机。美方也有100架飞机被击落或在夜间返航降落时坠毁。
美国取得胜利的原因是多方面的。除了数量占优势外，还有质量方面的原因。美国利用1年多的时间，设计生产了大批新型F6F泼妇式战斗机。这种飞机的爬高和俯冲能力均胜过日本的零式飞机，其武器配备更加多样，驾驶员的后部有很厚的装甲保护，前部有很厚的防弹挡风玻璃。美国飞行员有较好的素质，每人至少受过2年训练，有数百小时的飞行经验。美国海空协调作战技术也比较先进。控制人员配备了新式雷达探测设备，他们指挥空中飞行员，沉着冷静地对敌机作战。此外，飞机上安装了新式无线电通话设备，使地面与飞行员以及飞行员之间能清晰、及时地传递指令和答话。
日本的失败具有必然性，因为日本的零式战斗机早已落后；日本飞机员缺乏飞行训练和作战经验，许多人只有几个小时的飞行记录，技术生疏；此外，设备陈旧，指挥失误也是重要原因。
在这次海战中，日本舰队虽然未被全歼，但其航空母舰和舰载机再次遭到毁灭性打击，从而完全失去了制海权和制空权。