机进攻，启动这场海战中第五舰队唯一一次的攻势。
16:15分日军方面也发现美舰队，17点25分甲队唯一的航空母舰瑞鹤出动7架**机去攻击，前卫部队的栗田中将也因为收到夜战命令而向东进。但美军飞机已先赶到日舰上空，开始攻击日舰。被美机发现后，小泽下令舰队向西北各自高速逃脱，并抛弃补给舰队。
18:40分，美机抵达补给舰队上空，重创两艘油轮，两舰后来都被迫自沉。随后一心想寻找日本航空母舰的美机群飞到日本舰队上空，日落前展开匆忙的攻击。中型航空母舰飞鹰号被一枚**击中，引发大火，2小时后沉没，而空母隼鹰、龙凤、千代田、瑞鹤、战舰伊势、重巡摩耶都被**击伤，其中小泽的旗舰瑞鹤伤势较重。
日本在这波攻击中又损失65架飞机，美国则损失20架。由于小泽下令各舰自行运动及美国舰载机攻击过于匆忙，因此这波攻击成果并不特别出色。20时45分，大批燃料即将耗尽的美机在夜色中回到舰队上空。虽然米契尔下令整个舰队不惜冒着被日军潜艇攻击的危险打开照明，航空母舰以探照灯直射天空，驱逐舰也发射照明弹。但由于各机油料殆尽，加上200架飞机同时联络舰队所造成的通讯混乱，许多飞行员无视于降落信号灯官的指令争先恐后地扑向甲板，导致许多混乱与意外。在此回夜间降落中，美机损失80架。讽刺的是，联合舰队的全力攻击只使敌手损失40架飞机，竟不及夜间降落对美军造成的损失。
由于驱逐舰彻夜搜索因为油料用尽而坠海的飞行员，因此仅49名飞行员在夜间降落中丧命(仍比日本舰队攻击与空战的损失的27人多)
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