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接着日军作战机群便开始对海面上的战舰群发起进攻，但很快又在第7支队的强大防空炮火下陆续被击落了14架飞机。

一架天山鱼雷机撞在战列舰印第安纳号水线附近，但幸运的是鱼雷未爆炸。

12架慧星俯冲轰炸机在对美军第7支队展开攻击，3枚炸弹在胡蜂号上爆炸，3枚炸弹在碉堡山号爆炸，两舰受损较为严重。

第3支队遭受四架鱼雷机攻击，不过还好，这四发鱼雷都被躲掉。

其它飞机则被美国防空炮火打退，并没有取得值得一提的战果，仅仅只是对几艘战舰造成了轻微炸伤。

总计第三波日机97架共折损46架，另外侥幸逃生的51架则是前往关岛机场中转着陆，美军舰队付出7架战斗机，2艘战舰受损，数十人伤亡的代价。

第四波138架攻击机群于下午14时20分左右飞抵预定海面，但这个时候美军舰队已经远离了塞班岛海域。

即便扩大搜索范围，他们也没能发现美军舰队，仅仅只与十余架返航的美军战机有过短暂交火，造成4架日军飞机和1架美军飞机被击落。

在失去攻击目标后，其余日军飞机只能按计划飞抵罗塔岛机场着陆。

第四波138架攻击机群最终以损毁四架，击落一架收场，成为当天日机攻势中损失最少、战果也最小的一波。

至于最强大的第二波279架攻击机群，最终战损结果是214架，但同时取得了相当辉煌的战果，击沉美军航母5艘，重创3艘，击落美军战机43架，另外有超过120架的作战飞机损毁在航母上。

至此，小泽舰队发起的四波进攻，累积出动617架舰载机，最终损毁352架，仅有265架飞机得以逃脱。

另外如果再加上陆基作战机群的损失，日军作战飞机损失则是高达800余架。