斯普鲁恩斯的第五舰队和特纳的联合远征军部队在进入该海域时有效地压制了日本的航空部队。尽管斯普鲁恩斯在6月13日从潜艇部队获得了日本舰队的信息，但斯普鲁恩斯推断他在17日前不会联系日本舰队，因此，斯普鲁恩斯仍在14日指挥第五舰队主力第58特遣舰队中的第一和第四支队攻击硫磺岛和小笠原群岛的父岛，清除北方的敌人战斗机。
15日，在联合远征军司令特纳的指挥下，美军成功登陆塞班岛。原本认为日军无法增援的斯普鲁恩斯发布了18日登陆关岛的命令，但同日18时35分，美国潜艇飞鱼号(USS Flying Fish SS-229)在圣贝纳迪诺海峡发现日本舰队；19时45分，另一艘美国潜舰海马号(USS Seahorse SS-304)另一支日本舰队也被发现在菲律宾苏里高海峡北部岷答那娥附近；17日晚，另一艘美国潜艇发布了接触报告。
根据大量的接触信息，斯普鲁恩斯证实了日本支持马里亚那的尝试，因为双方舰队可能在18日接触，所以斯普鲁恩斯推迟了登陆关岛的时间表，17日召回了第一和第四支刚刚摧毁硫磺岛和父岛航空部队，并从特纳联合远征军舰队抽取8艘巡洋舰，21艘驱逐舰加强第58特遣舰队的军事力量，联合远征军的登陆舰队首先开往东海避风，而第58特遣舰队则准备与日本舰队作战。潜艇的大量接触使斯普鲁恩斯认为，日本至少使用两支舰队，一支引诱第58特遣舰队，另一支抓住机会攻击赛班岛的美国登陆部队。斯普鲁恩斯认为，日本至少使用两支舰队，一支引诱第58特遣舰队，另一支抓住机会攻击赛班岛的美国登陆部队。因此，在斯普鲁恩斯下令确切掌握日本舰队的位置之前，第58特遣舰队不得远离赛班岛。一般认为，这一决定过于保守，使美军无法对日军进行更大的打击。
18日中午，第58特遣舰队集结后，斯普鲁恩斯将战役指挥权移交给第58特遣舰队指挥官马克·米契尔(Marc Mitscher，随后，所有五艘特遣组共有15艘航空母舰，其中7艘战舰（其中两艘世界上最强大的衣阿华级战列舰）在日本舰队和四艘航空母舰之间，防止日本水面舰队接近美国航空母舰(有人认为这是落户海战配角的战列舰队的决战机会。)，除了掩护第七支队第四支队的航空母舰外，其余第1号、2、战舰舰队后面部署了三支队伍，挡在塞班岛西侧，随时迎接日军攻击。
15日晚上6点，在圣贝纳迪诺海峡发现的美国潜舰飞鱼是日本舰队的主力军——第一机动舰队(由小泽指挥)，而15日晚上7点在岷答那娥被美国潜舰海马发现的另一支日本舰队是之前参与“浑”作战计划的第一机动舰队的另一部分，他们正在接收「阿」作战计划命令后，立即终止“浑”作战，赶往北方与小泽会合。第一机动舰队（以下简称小泽舰队）包括9艘航空母舰、400多架飞机、5艘战舰（包括两艘世界上最大的大和级战舰），分为小泽亲自领导的A队、城岛高级海军少将B队，以及在未来雷伊泰湾海战中领导的前卫舰队。
小泽并没有像斯普鲁恩斯想象的那样采取分兵合击的策略，而是打算利用日本在关岛， 罗塔岛等地有航空基地，将舰队部署在美国舰载机攻击半径以外。与此同时，日本舰载机起飞攻击美国舰队。穿越美国舰队后，飞往罗塔岛、关岛等地，准备下一波攻击，实施所谓的“穿梭轰炸”。这样可以大大延长日本舰载机的攻击范围，而美国舰队则无法攻击日本舰队。与此同时，小泽也希望角田的岸基飞机能帮助他抵消美国舰载飞机的数量优势。然而，马里亚那群岛的日本守军指挥齐藤隐瞒了美国舰载飞机重创角田航空队的事实，没有告诉小泽真实情况，使其无法掌握与美国实力的比较。
随着小泽舰队进入菲律宾海，双方舰队发现彼此的存在，历史上最大的航空母舰战役和舰载机空战即将拉开帷幕。