面對美軍戰鬥機分隊的攔截，日軍機群指揮官深川靜夫大尉在看清楚敵人的數量後，立即組織飛機反擊。不過已經是失了先手，當日軍飛機企圖集中起來對抗數量比自己少的美軍戰鬥機時。美軍戰鬥機分隊在指揮官威爾遜少校的指揮下，立即又改變了打法，避開那些已經空中靠攏的日軍飛機，兩架戰鬥機協同追擊一架落單的日軍轟炸機。讓日軍組織反擊的難度加大，打也不是不打也不是。
空戰本來就是在分秒之間就決定勝負，一來二去，又有兩架日軍飛機被擊落了，加上一照面被擊落的三架，日軍這批飛機只剩下13。
「雙面人呼叫方舟，薔薇正在追擊敵機，請增派飛機前來。」還算日軍機群的指揮官沒有忘記他們的任務是轟炸美軍艦隊而不是同美軍戰鬥機對抗，日軍深川靜夫大尉立即命令所有飛機放棄反擊，繼續拚命向美軍艦隊方向全速飛去。威爾遜少校不得不一邊帶領分隊銜尾追擊，一邊向地面引導指揮官喊話。
雖然美軍的第三波戰鬥機群先後起飛了近80架，但因為從多個方向不同空域小股分隊地襲擊美第58特混編隊，地面不得不把陸續起飛的戰鬥機也分散開來對付日軍的轟炸機，第二道防禦線實質上並不是太嚴密。這也是沒有辦法的事情，畢竟天空的三維防禦比起地面的平面防禦要難上數倍。
為了擺脫尾隨攻擊的美軍戰鬥機，餘下地日軍13架轟炸武士道捍不畏死的精神，向已經出現在視線可及範圍內的美軍艦隊狂飛而去。對美軍戰鬥機從背後射來的航炮子彈完全無視。
「快快，全速追擊敵轟炸機。」儘管威爾遜少校通過無線電大聲地命令分隊各機組人員在後面窮追猛打，但發生在天空中的戰鬥，就算是老鷹抓麻雀，也是逃的一方相對占主動的。
在空中視線可及的距離，對於飛機的速度來說，只是兩三分鐘就能到達。在又被美軍戰鬥機擊落兩架後，日軍轟炸機終於飛臨美戰艦的上空。迎接它們地是美軍戰艦強大而密集的對空火力網，原來日軍這隊成功突防的轟炸機，遇到的是美軍由快速戰列艦7艘、重巡洋艦4和驅逐艦14艘所組成的臨時炮擊編隊。美軍的航空母艦特混大隊還在該編隊後方15至20海里距離。
純炮艦編隊的對空火力可不是一般的強悍。所有艦載高射炮加起來的數量遠遠超過100，就算炮手們不瞄準，隨意向天上射擊，也能構成一張鋪天蓋地的密集火力網.光是因火炮發射而產生地硝煙，瀰漫開來也遮住了一片天空。
面對這樣的情形，日軍飛機可以作出兩個選擇，一是就近強行攻擊美軍在主力艦，二是繼續飛行15至20海~艦。顯然日軍指揮官選擇的是後者，打擊一艘航空母艦比打擊一艘戰列艦來得更有軍事意義，而且也容易得多。戰列艦皮粗肉厚，就算中幾枚250斤的炸彈也不見得會沉沒。
不過就算日軍飛機選擇繼續飛行轟炸美軍的航空母艦。也同樣面臨兩種選擇。一是繼續直線飛行，冒著被密集炮火擊落的危險，強行穿越防空火力網，從美軍的炮擊編隊上空飛過。二是調整航向繞過美炮擊編隊，但這樣將增加飛行距離和時間，不排除後面追趕而來的美軍戰鬥機或者前來增援的美軍戰鬥機再次對日機實施攔截。顯然日軍指揮官選擇了前者。
日軍指揮官深川靜夫大尉在無線電中叫囂著為天皇盡忠，武運長久的口號，毫不猶豫地帶頭飛越美軍炮擊戰艦那密集的火力網。11架日軍轟炸機此時頗有些飛蛾撲火地意味，是成功還是成仁，就看上天的安排了。拋開政治上的立場。光是軍人氣節上來說是值得尊敬的。
「雙面人呼叫薔薇，暫停追擊，攔截地任務交給後續分隊。」美國人比較惜命，威爾遜少校可不會讓自己和手下也像日軍那樣不要命的飛入戰列艦巡洋艦那恐怖的高炮射擊空域之中。趕緊在無線電中下達暫停追擊地命令。這個時候，有更多的美軍戰鬥機從航空母艦上起飛了，在他看來自己這支戰鬥機分隊已經盡力了。
在美軍沖天而起的高射炮彈打擊下。日軍飛機不死也得脫層皮。美軍戰艦的高
時都已經改用了對空更為有效的近爆引信彈藥，也就爆彈，無需擊中目標也能在空中爆炸，對爆炸的附近範圍空域有片殺效果。日軍飛機穿越美軍炮擊編隊上空的時間只是一分中不到，就被美軍密集的對空炮火擊落了5，斷線風箏一樣的從空中向下掉。其中有一架中彈的日軍戰鬥轟炸機，抱著與敵同亡的想法，放棄逃生機會，架機撞向李海軍中將的旗艦「印地安納」號戰列艦，最後擦著右艦舷墜入海中，使戰列艦負了輕傷。
日軍從準備發動攻擊時的近20架飛機，到最後飛臨美軍~混大隊頭上時，只剩下了6架轟炸機，這就是強行突防的代價。這時日軍飛機遇到的是美軍第58特混編隊第3混大隊，蹺幸沒有被擊中的日軍深川靜夫大尉，立即命令其中3攻擊美軍「黃蜂」號航空母艦，自己則同餘下的兩架攻擊美軍「邦克山」號航空母艦。
這是至此次戰役開打以來，也是至中途島一戰後，日軍飛機第一次有機會飛臨美軍航空母艦上空實施轟炸。無論是對於日軍飛行員來說，還是美軍戰艦官兵來說，都是一場考驗，是這次戰役的焦點所在。
美軍的航空母艦自身的防空炮火在戰前，在蒙特的指示下進行了改裝，火力級數與巡洋艦相當。雖然戰列艦及重巡洋艦被抽調去組成臨時炮擊編隊，但還有眾多的輕型巡洋艦為航空母艦護航，特混大隊整體防空火力自然也不弱。況且早就接到了空襲警報，少不了也是炮火全開地迎接日軍飛機的到來，這幾架準備投彈的日軍飛機想投彈成功也不是那麼容易。
能突破美軍三道防禦線，飛臨美軍航空母艦上空，這本身就說明，這幾架日軍飛機的飛行員，並不是菜鳥。
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這幾架日軍轟炸機，都採取了俯衝低空精確轟炸的投彈方法，這是日軍自從把大量的艦載戰鬥機改裝成艦載轟炸機後，摸索出來的一種適合戰鬥轟炸機特點的行之有效的轟炸模式，與同時期美軍的戰鬥機火箭彈轟炸模式，有異曲同工之妙。都是利用戰鬥轟炸機比較靈活的特點，在進入投彈的預定距離後，俯衝加速從相對較低的空中高度，迅速接近目標，這有利於規避高炮射擊。太高打不到，太低又難以瞄準，是二戰時期各國高炮的弊端。（二戰後期投入使用的德軍高射炮是個例外，能打到接4500米高空的目標。）
每三架日軍飛機轟炸一艘美軍航空母艦，正好採用典型的夾包式轟炸。也就是一架從艦尾向艦首飛行投彈，一架從艦尾左舷向艦首右舷飛行投彈，一架從艦尾右舷向艦首左舷飛行投彈。以這樣的飛行路線轟炸，能規避掉位於戰艦中部兩側的大部分高射炮的攻擊，投彈的時間也相對充分些。
「報告司令，第3混大隊遭到日軍轟炸機攻擊。」「約克城」號航空母艦上的戰鬥警報聲一直響個不停，艦橋指揮室中的氣氛也是緊張到了極點，不過緊張並不等於混亂，每一個參戰的官兵都像繃緊了發條的機器，如齒輪一樣相互配合著工作，正是訓練有素的最好體現。
「快說，損失情況如何？」蒙特聽到佩斯特的報告，心裡咯登的一下狂跳，這是他最不願意聽到的報告了，面色凝重地追問。
「司令請放心，遭到攻擊的戰艦隻是輕傷。」佩斯特少將當然明白蒙特的心情，馬上接著說：「具體的傷亡統計還沒有出來，戰艦受傷的情況是，『邦克山』號被兩枚近失彈擊中，升降機和機庫供油管道被炸壞，並引起了大火，但被損管人員迅速撲滅，飛行甲板沒有受到太大破壞，依然能夠升降飛機。『黃蜂』號航母被一枚炸彈擊中右舷側受損，只破壞了儲物間船艙，對戰鬥力沒有影響。」
「看來事先把損管人員組織起來，是個明智的決定。」聽完佩斯特的詳細報告後，蒙特長長地出了口氣，不過額頭上也出了把虛汗。
「命令所有航空母艦，盡快起飛餘下的所有戰鬥機。」蒙特在「約克城」號的指揮室中，快速來回地踱了幾步，毅然決定調整現有戰術，「戰鬥機起飛完畢後，各特混大隊相互間保持現有距離，轉向正西航行，航速15節。」