15點46分，雷少保將訊息發回艦隊後，故意等零戰爬到6000米高度，才一推操作杆，擦著對方的左側，向受傷的「飛鷹號」發起進攻。
對面的6架零戰明顯經驗不足，見到「夜叉」從自己身邊向航母俯衝下去，頓時急得追在屁股後面一起俯衝。但發動機的強烈震喘，讓日本飛行員不得不減速，終止了大攻角俯衝。趁著這個機會，雷少保率領編隊，採取先不開啟減速板，急速俯衝到2500米再開減速板的措施，迅速拉開與零戰的距離後，瞄準了飛鷹號受傷的艦艉。
此時「飛鷹號」和護航艦隻已經得到預警，不斷在的海面上進行s型規避機動，各式各樣的高炮也衝著「夜叉」瘋狂射擊。「沒一點長進！」面對日本海軍低劣的防空炮密度和質量，雷少保冷哼一聲，一直衝到500米高度，才扣下扳機。
「轟轟！」250公斤穿甲彈的威力比較差，雖然突然性提高，雷少保的炸彈也準確命中受傷艦艉，另一架「夜叉」還擊中了左舷，但兩枚炸彈均只穿透航空甲板，在機庫內發生爆炸。由於凌晨的損失，「飛鷹號」上的飛機早就轉移到其餘兩艘航母上，油管等也早早被切斷，所以兩枚炸彈並沒造成多大損失，相反航母還越跑越快。「開足馬力！開足馬力！爬升，滾轉爬升！回到高空他們就被辦法了。」雷少保來不及懊惱，猛踩油門，堪堪避開向自己射擊的零戰後，迅速爬升，希望利用零戰高空能力差的弱點，躲避追殺。
就在他與零戰搏鬥時，張兆洋已經收到訊息。「只有一艘？」艦橋內立刻陰沉下來。大家都知道，南雲艦隊有三艘航母，那麼另外兩艘呢？是已經分兵秘密離開，還是又在玩威克島的故布疑兵？
「不可能悄無聲息地離開。」張兆洋搖搖頭，他不信南雲會丟下一艘航母自己逃跑：「南雲肯定收到了衝大東島被我們登陸的訊息，也肯定知道‘12航母戰鬥群’出現在宮古島北面。如果是逃走，他就只能橫穿羅塔島偵查圈，從火山列島向西，這樣航程上要損失八九個小時。既然山本已經出來，他肯定也想立刻回去，所以繞道的話，根本趕不上山本的速度。」
「我同意，我也認為這是南雲是在學威克島的戰術，南雲肯定就在我們的攻擊半徑內！還可能已經派出飛機。」馮國儒同意張兆洋的看法，認為應該立刻出擊，以防被南雲搶到先手。
「出發！不能耽誤！」
「各艦留下一個俯衝小隊，讓完成偵察任務的俯衝轟炸機立刻回來。機群出發後，戰鬥機飛在前面，以飛鷹號半徑100公里擴大搜尋，再讓附近的偵察機也配合一下。」張兆洋反覆考慮後，選擇了一個更中庸的戰術，留下一部分攻擊機群作為預備隊。
16點整，貴州號率先起飛32架「閃電」戰鬥機和24架「夜叉」俯衝轟炸機、24架「魚鷹」魚雷機。隨後，兩艘北海級航母也迅速釋放22架「閃電」、36架「夜叉」和30架「魚鷹」。這樣一來，加上完成任務後回來的第三批偵察機，他手上還剩38架閃電、28架夜叉和14架魚鷹，以防萬一。
張兆洋猜得沒錯，南雲的確是學習了威克島海戰中，冢原二四三的戰術，利用受傷的「飛鷹號」當誘餌，誘騙中國海軍。但他忘記了，威克島時，美軍缺乏前沿偵察機，而現在他的位置正處於臺灣和關島的上百架偵察機半徑內。所以當得知「飛鷹號」遭襲，他立即下令釋放飛機。但由於隼鷹號和龍鳳號此時搭載了三艘航母的作戰飛機，所以釋放過程有些混亂。此時，已經換旗艦的南雲在妙高號重巡上，有收到一條重要小心，一架偵察機彙報「東北方150海里，數艘戰列艦，速度28節，正在向西航行。」這一發現讓南雲大喜過望，但當他讓偵察機辨認艦隊裡是否有航母時，飛行員卻惶急慌忙報告遭數十架戰機攔截，然後就中斷音訊。
雖然偵察機被擊落，但南雲卻反而更開心，因為這說明，艦隊上空有大量戰鬥機護航。加上雷少保攻擊「飛鷹號」時，也是從東北出現，所以草鹿龍之介等參謀一致認為，偵察機發現的肯定是「第21航母戰鬥群」。但事實上，日本偵察機發現的卻是張兆洋召來的211戰列艦編隊，護送他們匯合12航母戰鬥群的，是羅塔島的空軍24架殲八「天權」戰鬥機和16架「雙頭蛟」截擊機。
16點27分，當最後一架九七艦攻離開甲板，南雲確定了進攻目標，103架戰機浩浩蕩蕩的向東北方中國海軍「第21航母艦隊」殺去。
就在日軍機群飛錯方向時，率先起飛的貴州號航空聯隊，也已經從西北面猛撲過來。
「偵察機！」
16點45分，高喝聲率先從時雨號驅逐艦上響起，三架結伴的中國海軍「魚叉」反潛巡邏機，突然以極低空姿態出現在艦隊後方。不等拖在後面的時雨號開火攔截，就同時投下六枚550毫米戟戈航空魚雷。