戰列艦，炸死美軍27人。
11時30分左右，小澤從其主力中派出128架飛機組成規模更大的第二攻擊波。日美空戰又掀高潮。日機在飛出50海裡之後，遭到美\"惡婦\"式戰鬥機群的截擊，飛機損失近半。有20餘架日機突防成功，有2架轟炸機投下的炸彈落在\"邦克山\"號航空母艦近旁，引起了大火。另有1架日機撞到李海軍中將的旗艦\"印第安納\"號的艦舷上。
第三攻擊波的47架日機，在預定的目標區內沒有發現美艦，大多數飛機不戰而歸，其餘約20架日機在尋找美航空母艦的途中與兩艘美戰列艦遭遇，7架被擊落，其餘倉皇回逃。
這次作戰曆時8個小時，日本海軍航空兵損失慘重，美國飛行員把這次痛快淋漓的海上空戰比作是\"獵取馬裡亞納火雞\"。
當天晚上，尼米茲和他的參謀部還收到了潛艇部隊轉發的令人振奮的消息：當空戰正酣時，\"大青花魚\"號潛艇和\"棘鰭\"號潛艇悄悄穿越日主力艦隊警戒薄弱之處，分別襲擊了日旗艦\"大鳳\"號和久經疆場的\"翔鶴\"號航空母艦。襲擊後兩個半小時，這兩艘航空母艦因發生劇爆而沉沒，日艦員傷亡慘重。小澤及其參謀們倉皇轉移到\"瑞鶴\"號航空母艦之上。
小澤命令所有艦隻撤出戰鬥，駛向西北，準備補給燃料後再尋機報仇。米切爾留下一個航空母艦特混大隊封鎖關島和羅塔島，自己率其他幾個特混大隊沏夜向南航進。20日16時許，米切爾終於等來了盼望已久的報告。偵察機發現，日本艦隊正在第58待混艦隊西北偏西220海裡處向西航行。米切爾果斷地下達了\"全部飛機出擊\"的命令。
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日落前，美飛行員炸毀了\"千代田\"號和\"瑞鶴\"號航空母艦的飛行甲板，並使之起火。數架\"複仇者\"式魚雷機在低空成功地發射了魚雷，炸沉日軍\"飛鷹\"號航空母艦和2艘油船，炸壞1艘戰列艦和1艘巡洋艦。戰鬥結束時，日軍機動艦隊的艦載機隻剩下35架。
馬裡亞納海戰不失為一場意義重大、戰果輝煌的戰役，經此一戰，美海軍掌握了馬裡亞納的製海權和製空權，為美軍最終戰勝日軍奠定了良好的基礎。
然而，有關斯普魯恩斯指揮失當的議論仍時有發生，尼米茲出麵作了大量調解工作，但效果並不明顯。直至金上將公開表態支持斯普魯恩斯的決定，這場風波才漸漸平息。
一波剛平，一波又起。事件的起因是，海軍陸戰隊的霍蘭·史密斯將軍撤換了作戰不利的陸軍第27師師長拉爾夫·史密斯將軍的職務，這使得海、陸軍之間長期存在的矛盾進一步激化了。
尼米茲試圖將此事引起的紛擾控製在最小範圍內，但顯然沒有成功。當拉爾夫·史密斯回到瓦胡島陸軍司令部時，陸軍司令理查森將軍為此事勃然大怒，他立即組織了一個陸軍調查組，調查史密斯被撤職的問題。
新聞記者也為此事推波助瀾、大作文章，有的報紙把霍蘭·史密斯說成是\"塔拉瓦島的殺人犯，無情地將年輕人推向火坑\"。《舊金山調查者報》指責海軍陸戰隊傷亡慘重，呼籲在太平洋戰場建立統一的司令部，由\"在曆次戰爭中戰勝艱難險阻，以輕微傷亡贏得最大勝利\"的麥克阿瑟將軍來指揮。《時代》和《生活》雜誌也載文批評陸軍第27師師長缺乏進取精神、領導不力，並指出：\"指揮官在戰場上優柔寡斷，擔心軍種間出現矛盾而不敢撤換一個部屬，勢必貽誤戰機，造成部隊傷亡。\"
理查森將軍不僅沒有為消除部隊間緊張關係做工作，反而公開偏袒陸軍，製造新的麻煩。他在沒有跟斯普魯恩斯、特納和霍蘭·史密斯打招呼的情況下，專程來塞班島檢閱陸軍第27師，給部隊授獎。
理查森還當麵斥責前來探望的霍蘭·史密斯：\"你沒有撤換拉爾夫·史密斯的權力。27師是太平洋地區素質最好的陸軍師之一，是我親自訓練的。你歧視陸軍，偏袒海軍部隊、我告訴你，你不能為所欲為地欺負陸軍。你和你的軍長都沒有資格像陸軍將軍那樣指揮大部隊。我們指揮部隊的經驗比你們豐富，你竟然敢撤掉我們陸軍的一位將軍……無論怎麼說，你們海軍陸戰隊不過是隻知道打灘頭戰罷了，你們在陸上會打仗嗎？\"
霍蘭·史密斯出於顧全大局的需要，一言不發，忍受著理查森的謾罵，倒是凱利·特納尖銳地提醒理查森應注意必要的禮節。
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