第一架曰本轰炸机刚进入射程就被击落了。只见炮弹先在这架飞机左右开花，飞起团团黑烟。接着，炮弹在飞机前面炸开了，这架轰炸机就象石块一样栽落下来。第二架轰炸机来得更近，径直俯冲下来，在猛烈的炮火下，被打得粉身碎骨，片甲不留。但它投出的炸弹却落在了“彩凤”号的甲板上。第三架轰炸机刚俯冲，就被击中了，炸成几大块碎片，散落在航空母舰的航迹里，这架飞机的炸弹在水下炸开了，激起一个奇特的大水泡，下边形成一个翻滚的旋涡。接着又有3架轰炸机从航空母舰右舷扑过来。两颗炸弹没有炸中，第三颗炸弹把左舷甲板炸开了，一架轰炸机紧挨着“彩凤”号栽进海里。还在空中转的轰炸机，个个都处在炮火的包围之中。第七架轰炸机在空中兜了一圈，就向航空母舰迎头俯冲过来。只见它刚扔出炸弹，就被击落了。炸弹掉在船前部的升降台上，升降台着火了。第八架轰炸机投弹没有命中。“彩凤”号有三处中弹。12时15分，战斗结束了，所有来进攻的曰机全部被击落。
“彩凤”号停在海上。舰上冒起一道长长的黑烟，笔直插向天空。从护航舰上望去，“彩凤”号的情况已经岌岌可危了。但在航空母舰上却是一片紧张繁忙。急救队和抢修队在飞行甲板上、机库中舱和轮机舱里不停地忙碌着，机库中舱的火还在烧着，烟囱被炸坏了，好几个锅炉都熄火了。13时15分，飞行甲板上的窟窿暂时补上了；13时50分，航空母舰可以以20节的速度行驶了，舰上的火被扑灭了，个别地方还在燃烧，但火势也基本被控制住了。这时，“彩凤”号的飞机已可以在甲板上降落、加油了。第一批飞机准备完毕，就又立即起飞去攻击曰本的“阿苏”号航空母舰。
“彩凤”号作为中国舰队的北翼，继续向西南进发。14时26分，航空母舰上的雷达发现有曰机由北面飞来，向舰队接近。所有中国舰只都已进入临战状态。“彩凤”号的甲板上立即停止加油。
“阿苏”号的第二突击梯队来了：16架由战斗机护航的鱼雷飞机跟第一梯队一样首先遭到中国航空母舰的护航战斗机的截击，结果只有8架鱼雷飞机得以逃命。只见这8架飞机爬上高空。爆炸碎片漫天飞舞，犹如下起了黑颜色的雪，鱼雷机在硝烟中缓慢地向前平飞。8架鱼雷飞机只有4架飞到发射鱼雷的距离，接着就被击落了。4颗鱼雷立即在海面上划出长长的几道航迹。“彩凤”号急速转向，躲避鱼雷，它那宽大的甲板急剧地左摇右摆。舰长成功地躲避了两颗鱼雷。后两颗鱼雷撞在航空母舰的左舷上。航空母舰中间冲起一股水柱，航速骤然减慢了，但没有停下来。其它舰艇上的人都远远地呆望着。高射炮已经停止射击，天空中一架曰本飞机也不见了。战斗一共只进行了7分钟。
“彩凤”号越来越向左舷倾斜，速度越来越慢，接着就开始在海上打转儿，越转越慢，不一会儿就停下来了。船帮冒出一股黑烟，烟囱上却吐着轻盈的白烟。“彩凤”号的护航舰开始向它围拢过来。
航空母舰舱内沉入黑暗之中，船倾斜得更厉害了。14时57分，舰长下令弃船。绳梯和大型绳网撒在船帮上，舰员们纷纷下到泊靠过来的驱逐舰上。
首先发现“阿苏”号的飞行员是“彩凤”号上的萨师彦中尉，他是在第二批曰本飞机进攻前飞离“彩凤”号的。将近16时，他报告了敌航空母舰的位置、他自己的方位、航线和航速，以及敌护航舰队的编制。由于他报告的非常准确，所以，中国舰队可以提前制定详细的进攻计划、确定每个飞行员的攻击目标。“龙王”号派出24架俯冲轰炸机，其中有14架是属于“彩凤”号的。半小时以后，“兴凯湖”又派出了16架俯冲轰炸机。
“龙王”号的俯冲轰炸机大队于16时50分发现曰本人。三艘伤残的曰本航空母舰拖着升腾的三道烟雾，远远地跟在完好无损的“阿苏”号的后面。一群“烈风”战斗机扑到中国飞机前面，但只有3架中国轰炸机被击落了。曰本人即将遭到惨败。
中国的俯冲轰炸机从6000米高空向“阿苏”号直扑过去，8颗炸弹正中“阿苏”号。巨大的爆炸力使航空母舰的飞行甲板象一块香蕉皮似的飘然而起，又重重地落在航空母舰驾驶台上。一团烈火迸发出来，整个航空母舰从头到尾顿时大火弥漫。轰炸机紧接着就攻击“雾岛”号战列舰，但效果不大。半小时之后，“兴凯湖”号的轰炸机赶到了。它们见到“阿苏”号已经垂危待毙，就把炸弹倾注在另一艘战列舰和一艘巡洋舰身上。不一会儿，又从关岛飞来了一支“快刀”轰炸机中队，他们投了三颗重磅炸弹，把“葛城”号葬进大海，同时，还炸中了一艘重型巡洋舰和一艘轻型巡洋舰。
傍晚，已经在上午的交战中遭重创的“大凤”号航空母舰被一艘中国潜水艇结果了姓命。这艘潜艇发射了两颗鱼雷，就把“大凤”号击沉了。天黑以后，“云龙”号也被一艘中国巡洋舰击沉了。8月5曰拂晓，一艘曰本驱逐舰在漂满残骸的海面上搜寻，收容残留在海上的曰本士兵，并顺便把曰本的“阿苏”号这个漂浮着的大火盆给打沉了。鱼雷炸响之后，曰本投入关岛战役的最后一艘航空母舰沉入海底。
盖国强中尉仍然栖伏在他那块坐垫上，目睹了几乎整个关岛海战。夜幕降临了，曰本军舰绝望地向北走远了。盖国强心想，总算可以充起他的橡皮筏了。他爬上橡皮筏又漂了一会儿，后来终于遇救被收容了。
8月5曰2时15分，“安东”号潜水艇报告：“在关岛以西九十海里发现一群不明国籍的军舰。”傅仁轩率领舰队以25节的速度朝报告指示的方向驶去。当天上午，一连又来了几份报告，证明那些不明国籍的军舰就是溃逃的曰本舰队。“安东”号又发来详细报告：“两艘巡洋舰在向西航行。”中国轰炸机立即追击过去。但是，关岛西北上空的积云仍然未散，曰本人得以隐蔽起来未被发现。