在美军进攻马里亚纳群岛期间，美、日两国舰队在马里亚纳和菲律宾之间的海域所进行的一场大规模交战，称为马里亚纳海战，又称菲律宾海战。
美军于1943年冬在吉尔伯特群岛登陆，从中太平洋大举反攻后，日军因其海、空兵力衰弱而无法组织反击。日军大本营认为，阻止敌人进攻和扭转战局的唯一办法，就是实施海上决战。只有集中兵力，通过决战消灭美国舰队，夺回制海权，才能改变被动态势。
为此，日联合舰队于1944年3月1日以其大部分兵力组成用于海上决战的第1机动舰队，任命小泽治三郎海军中将为司令官。这是一支以航空母舰为核心，配有其他水面舰只的战略部队，编有大型航空母舰3艘、中型航空母舰2艘、小型航空母舰4艘、战列舰7艘、巡洋观13艘、驱逐舰29艘。这支机动舰队组建后，分别在日本国内和林加群岛等地进行训练。5月2日，大本营任命丰田副武海军大将为联合舰队司令长官。丰田副武于次日下达“阿号”作战计划，命令第1机动舰队所属各部于5月20日前在菲律宾西南的塔威塔威锚地集结，完成作战准备。
预定将在帛琉群岛附近或加罗林群岛西部与美军主力舰队决战。原在计划中规定，若敌进攻马里亚纳群岛，不使用第1机动舰队，后因油船问题得到解决，则改为在马里亚纳方向亦可使用机动舰队。
马里亚纳海战示意图6月11日，美快速航母特混编队开始袭击马里亚纳群岛，日军大本营以为这次同过去的几次空袭一样，属奔袭性质，两三日后就会撤走，所以按兵未动。13日，美军开始实施舰炮火力准备，联合舰队司令长官于当日17时27分下达停止“浑号”作战，准备实施“阿号”作战的命令。
日第1机动舰队为了尽量靠近预定决战海域，遂在塔威塔威集结。但抵达该地后，在其附近水域常有美军潜艇出没。舰队无法出海训练。而飞行员的训练水平未达到要求，急需抓紧时间提高飞行技能。
因此，小泽司令官于13日晨率第1机动舰队的大部兵力离开塔威塔威，驶往菲律宾中部的吉马拉斯岛。在航行途中接到准备实施“阿号”作战的命令，小泽立即通知参加“浑号”作战的第1战队、第5战队、第2驱逐舰战队和第10战队的3艘驱逐舰回归原建制。第1机动舰队14日抵达吉马拉斯，立刻进行补给。15日7时10分，联合舰队下达“阿号”作战开始实施的命令，小泽便于当日8时率队从吉马拉斯锚地出发，15日傍晚穿过圣贝纳迪诺海峡，向东驶去。前去支援比阿岛反登陆作战的第1战队等部接到小泽的命令后，迅速向东北方向开进，并于16日15时33分与主队会合。至17日15时39分，这支机动舰队中巡洋舰以下的舰只都进行了海上加油，完成了最后的战斗准备，继续东进；预计将于19日进至塞班岛以西海域与敌决战。
美军部署多艘潜艇对日机动舰队的行动和通往塞班岛的航路进行监视。小泽主队于13日从塔威塔成出航后便被“小银鱼”号美军潜艇发现，15日晚从圣贝纳迪诺海峡刚一驶出就被“飞鱼”号美军潜艇发现。宇垣海军中将率领第1战队等部驶向会合点时又被“海马”号美军潜艇发现。
根据潜艇报告的敌情，斯普鲁恩斯将军决定：迅速把分头执行任务的4个航母特混大队集中起来，做好迎击敌人的准备，并从联合远征军的火力支援群中抽调5艘重巡洋舰，3艘轻巡洋舰和20艘驱逐舰，去加强快速航母特混编队的警戒。6月18日中午，前去袭击硫磺列岛的两个航母特混大队回归本队后，米切尔从各大队中抽出重巡洋舰4艘、驱逐舰14艘，加上他直辖的快速战列舰7艘，组成一个新的大队。由李海军中将指挥，准备用于同日水面舰艇部队交战。这样一来。米切尔编队就由4个大队变成5个大队，共有航空母舰15艘、战列舰7艘、巡洋舰20艘、驱逐舰67艘。15艘航空母舰共载母舰飞机891架。5个大队均采用环形队形，各大队之间的距离为12~15海里。
由于既要还击来袭之敌，又要掩护登陆地域，米切尔编队不敢远离马里亚纳群岛，于是昼间西进，夜间东撤。18日昼间，米切尔率队全天西进，并派侦察机在前方搜索，但未发现敌情。
自18日晨，小泽也加强了空中搜索。根据当日18时30分返航的侦察机报告，已知在其东北380海里处出现编有多艘航空母舰的美国舰队，但因天近傍晚，未派飞机出击，而令其第3航空战队向东航进，小泽率第1、第2航空战队向南退避，以求能在敌机作战半径之外度夜，待次日晨发起攻击。
6月19日3时，小泽命令所属各战队均转向东北航行，将航速增至26节这时，其第3航空战队担任前卫，第1、第2航空战队在它后面约100海里处跟进。第3航空战队的“千代田”号、“千岁”号、“瑞凤”号3艘航空母舰列成单横队，各舰相距约5~6海里，以“大和”号、“武藏”号、“金刚”号、“榛名”号4艘战列舰、9艘巡洋舰和9艘驱逐舰为其担任护卫，由栗田健男海军中将指挥。
第1航空战队的“大历”号、“翔鹤”号、“瑞鹤”号3艘航空母舰列成疏开的人字从形，以3艘巡洋舰、10艘驱逐舰为其担任护卫。第2航空战队的“隼鹰”号、“飞鹰”号、“大风”号3艘航空母舰亦列成疏开的人字队形，以“长门”号战列舰、1艘巡洋舰和6艘驱逐舰为其担任护卫。以上9艘航空母舰载有母舰飞机共439架。3时30分后，小泽先后派出44架飞机搜索目标，终于发现了美国舰队，遂于7时后开始进行第一次攻击：第3航空战队的64架飞机于7时25分离舰，第1航空战队的128架飞机于8时离舰，第2航空战队的49架飞机于6时05分离舰。10时后，日军又开始进行第二次攻击：第1航空战队的50架飞机于10时15分起飞，第2航空战队的15架飞机于10时30分起飞。第3航空战队因回收各战队返航的飞机而未能参加这次攻击。
在此之前，美军的珍珠港无线电测向站虽于18日夜曾报告在米切尔编队西南约350海里处出现敌机动舰队，但米切尔所派出的侦察机还未捕捉到这一重要目标。斯普鲁恩斯等人都未弄清日本舰队的可靠位置。
为了避免遭到敌军的侧翼迂回，掩护登陆地域不受攻击，已进至塞进岛西南270海里水域的快速航母特混编队，奉斯普鲁恩斯之命转向东撤。19日晨，撤至关岛西北约80海域处，米切尔派出突击机群对关岛残存的日军飞机进行袭击，击毁其战斗机30架、轰炸机5架。约于6时20分，这支航母编队转向西南航行，准备迎战日机动舰队。100时许，美舰雷达发现在西南150海里处出现一群飞机。这是日第3航空战队派出的突击机群。美各航母大队则均为迎风航行，上百架的战斗机相继起飞，前去截击敌机。
当日机群离美航母编队约70海里时，美战斗机群从高空向其俯冲攻击，一举击落日机25架，仅有少数日机飞临美编队上空，又受到高射炮火的猛烈射击。这批日机所投下的炸弹中，有1颗击中“南达科他”号战列舰，另1颗落在“明尼阿波利斯”号重巡洋舰近旁，均未造成很大损害。可是，这次来袭的34架日机仅有23架返回航空母舰。
日第1航空战队派出的128架飞机，刚飞出50海里就遭到美战斗机的截击，有近半数被击落，飞临美航母编队上空的日机又被高炮击落许多，共损失97架。这批日机的战绩是：1颗炸弹落在“邦克山”号航空母舰近旁，引起大火；1架日机撞在“印第安纳”号战列舰的舰舷上，使其受到轻微损伤。
日第2航空战队3艘航空母舰起飞的49架飞机，未完全集合起来就分两群出发。一群在飞进途中与美战斗机群遭遇，被击落7架。并因交战而丧失了袭击美航母编队的战机；另一群飞出35O海里没有找到目标，便返回母舰。
第1航空战队参加第2次攻击的50架日机，在预定海域没有找到目标，便飞往关岛，临着陆前遭美战斗机群袭击，被击落26架。第2航空战队参加第2次攻击的15架日机，虽然找到了美航母编队，并进行了攻击，但是未给对方造成多大损失，却有9架被击落。
日机离舰前去攻击时，有两艘美潜艇悄悄向日航空母舰接近。8时10分，“大青花鱼”号美潜艇对小译为旗舰“大凤”号航空母舰实施鱼雷攻击。该舰因油舱中雷，后爆炸沉没。日第1机动舰队司令官则转移到“羽黑”号重巡洋舰上继续指挥作战。11时20分“棘鳍”号美潜艇对“翔鹤”号航空母舰实施鱼雷攻击，使该舰中雷起火，后沉没。
日舰载机实施两次攻击后，小泽根据返航飞行员的报告，认为美快速航母特混编队已受重创，则令所属各队撤出战斗准备，退至西北海域进行海上加油后，次日再战。
美军派出的舰载机全部收回后，天色已晚。米切尔留下一个航母特混大队继续封锁关岛和罗塔岛，他亲自率领其他几个大队彻夜向西南追击。
直至次日16时，美侦察机才发现日机动舰队在美快速航母特混编队西北220海里处向西航行。虽然距离较远，而且出击的飞机入夜后才能返舰，但米切尔还是下达了起飞命令。20日16时30分，77架轰炸机、54架鱼雷机在85架战斗机的护卫下，向西北飞去。途中发现小泽舰队的补给船队，一个战斗群奉命前去攻击，将其油船击沉2艘。其余飞机继续搜索前进，近黄昏时发现日机动舰队。并进行了多次攻击。日“隼鹰”号和“瑞鹤”号航空母舰的飞行甲板中弹起火、“飞鹰”号航空母舰被鱼雷击中，舱内发生爆炸，致使舰体断裂，不久即沉没。起飞拦截的日机又损失约40架，美机在这次攻击中也被击落20余架。
由于日舰队的实际位置比侦察机报告的位置远60海里。一些美机返航时因燃油耗尽而在海上迫降。还有一些飞机返航着舰时发生严重碰撞事故。仅此两项，就损失飞机约83架。21日晨，美侦察机发现，小泽机动舰队已在369海里以外的海域以20节航速向西北驶去。斯塔鲁恩斯认为，消灭日本机动舰队的机会已经丧失，便决定停止追击，向塞班岛靠拢，以使快速航母特混编队配合联合远征军继续完成登陆任务。
在这次海战中美军的舰只未沉一艘，仅仅损失舰载机110余架。它虽未歼灭敌人舰队，可是取得了制空、制海权，完全封锁了登陆地域，使马里纳亚地区的守军得不到任何增援，确保了马亚里纳群岛登陆战役的顺利实施。而日军则有3艘大、中型航空母舰被击沉，还有几艘航空母舰被击伤，它所投入的439架母舰飞机损失395架，还有19架被击伤，仅保全下来25架。舰载机的飞行员损失殆尽。航母舰群已成为当时海战的主要战力。这次海战的损失使日本联合舰队的作战能力在短期内难以得到恢复，美军从而获得了继续横渡太平洋的更为有利的条件。