Разведка союзников выяснила все что только было можно. 8 мая ожидался тяжелый бой, первое в истории сражение авианосных соединений. Успех придет к той стороне, которая будет бить сильнее. Тактические факторы хорошо сбалансированы. Погода, которая так мешала японским авианосцам предыдущим вечером, теперь служит им ценным укрытием. Напротив, американские авианосцы оказались в районе очень хорошей видимости. Однако у американцев 121 самолет против 95 у японцев. Каждый американский авианосец имеет на 60 процентов больше зенитных средств. Имея более мощные силы прикрытия, американцы обладали большими оборонительными возможностями. Наконец, в отличие от «Секаку» и «Дзуйкаку», «Лексингтон» и «Йорктаун» имели радар.

Каждая сторона примерно знала местоположение своего противника и с утра начала поиск. В 08:20 лейтенант Д. Смит сообщил об обнаружении неприятеля. Через две минуты унтер-офицер Кензо Канно сделал то же самое. Таким образом, ни одна из сторон не избежала обнаружения и не могла воспользоваться фактором внезапности. Американцы запустили 82 самолета: 46 пикировщиков, 21 торпедоносец, 15 истребителей сопровождения. 17 «Уайлдкэтов» остались охранять авианосцы. 69 японских самолетов — 18 «Зеро», 18 «Кэйтов» и 33 «Вала» образовали ударную группу, 19 «Зеро» остались в воздушном патруле. Американцы показали, что они хуже, чем японцы, летают строем. Торпедоносцы и пикировщики атаковали разрозненно и нескоординированно. «Девастейторы» сбрасывали торпеды со слишком больших дистанций, из-за чего от них можно было легко уклониться. «Доунтлессы» производили бомбометание прямо в центре истребительной завесы. Они достигли трех попаданий в «Секаку». Лейтенант Джозеф Пауэрс нанес самый серьезный удар. Показав отвагу, за которую он получил позже Почетную медаль Конгресса, Пауэрс держал свой самолет, поврежденный зенитной артиллерией, не пытаясь выйти из пике. Его 1000-фунтовая бомба попала в корпус и вызвала обширный пожар авиационного бензина. Взрыв повредил полетную палубу и сделал «Секаку» неспособным к взлетно-посадочным операциям.

В это время японские пилоты атаковали «Йорктаун» и «Лексингтон» с большей координацией, чем американцы. Тем не менее экипаж «Йорктауна» продемонстрировал великолепное управление, на скорости 32 узла уклонившись от всех торпед. «Лексингтон» был на 80 футов длиннее, чем «Йорктаун», и имел вдвое большие водоизмещение и радиус поворота. Он уклонился от нескольких торпед, но две попали в цель. Достигли попаданий и два «Вэла». Какое-то время казалось, что несчастный авианосец все-таки выживет. Однако через некоторое время корабль потряс взрыв паров бензина, который стал для «Лексингтона» смертельным. Один пикировщик попал в надстройку «Йорктауна». Бомба пробила три палубы и взорвалась на складе авиационного оборудования. Экипаж быстро взял пожар под контроль.

На этом битва и закончилась. Ни та ни другая сторона не получила достаточного опыта оборонительных авианосных сражений. Системы борьбы за живучесть показали свою полную несостоятельность на непрочных кораблях, перегруженных авиационным бензином и взрывчаткой. Один американский авианосец был потоплен и один поврежден. Со стороны японцев один корабль потерял боеспособность, утратив возможность совершать взлетно-посадочные операции. 5-я дивизия авианосцев потеряла 37 процентов своей авиации за минувшие 24 часа. «Дзуйкаку», был вынужден сбросить часть самолетов (9 бомбардировщиков и три истребителя) за борт, чтобы принять все возвращающиеся самолеты. Это сделало потери в авиационном парке из серьезных катастрофическими. Из семидесяти двух самолетов только двадцать семь были способны взлететь.

На борту легкого крейсера «Касима» в гавани Рабаул адмирал Иноуэ переваривал ужасные новости. Его первой мыслью было приказать всем оперативным соединениям искать сражения. Затем он подумал о своих уязвимых транспортах. Знание того, что вражеские крейсера патрулируют пролив Жомар и что американские авианосцы находятся между транспортами и 5-й дивизией авианосцев, нервировало его. Иноуэ приказал транспортам повернуть назад и не входить в пролив Жомар. Четыре тяжелых крейсера, принадлежащие к силам прикрытия, будут защищать их во время отхода.

Такаги тоже сильно беспокоила его позиция. Потери среди его самых опытных пилотов заставили его проявлять осторожность. Обменявшись посланиями с Иноуэ, он тоже решил отойти. Этим вечером Иноуэ завершил неприятное дело, послав рапорт о сражении адмиралу Ямамото. Обвинив Хару в том, что тот не оправдал доверия, Иноуэ заключил: «Атака Порт-Морсби будет отложена. Запрашиваю ваше подтверждение».