Наконец получив данные о месте противника Хара отправил ударную группу под командованием капитан-лейтенанта Такахаси из 36-и «Вэлов» и 24 «Кейтов» под прикрытием 18 «Зеро», но из-за большой дальности полёта «Кейты» несли бомбы, а не торпеды. Через полчаса после взлёта ударной группы была перехвачена радиограмма от гидросамолёта разведчика F1М2 «Пит» с одного из крейсеров адмирала Гото, он обнаружил «большой авианосец и ещё десять кораблей» в точке, лежащей на 200 миль западнее авианосцев Хары. На «Сёкаку» и «Дзуйкаку» оставалось 24 истребителя и 6 пикировщиков (часть из них неисправны), ещё 18 «кейтов» вылетели утром на разведку и противолодочное патрулирование. Хара решил усилив истребительный патруль, дождаться возвращения ударной группы Такахаси, а затем разбираться со вторым авианосцем.

Тем временем, через 2 часа полёта капитан-лейтенант Такахаси привёл свои самолёты к месту обнаружения разведкой авианосца противника, разбившись на группы японцы начали поиск, но ничего кроме танкера и эсминца не обнаружили. Танкер «Неошо» и эсминец «Симс» шли в назначенную адмиралом Флетчером точку следующего рандеву, в 7:30 сигнальщики заметили в 10 милях два самолёта и приняли их за американские. Но это как раз и были разведчики японцев, ближе они не подлетали, видимо опасаясь истребительного патруля, а с расстояния в десять миль можно принять танкер за авианосец. Бесконечно обшаривать море в поисках несуществующего авианосца японцы не могли, у «Кейтов» резерв горючего подходил к критической отметке. Наконец Такахаси сообразил, что экипаж самолёта разведчика ошибся в идентификации танкера и эсминца как авианосца и крейсера.

После доклада от ударной группы и в штабе адмирала Такаги поняли, что американские авианосцы находятся где-то между ними и конвоем вторжения. Такаги приказали немедленно атаковать и затем вернуться к своим авианосцам как можно скорее.

Торпедоносцы и истребители прекратили выполнять задание и направились обратно к авианосцам с боезапасом на борту, в то время как 36 пикирующих бомбардировщиков атаковали оба американских корабля. Такахаси после 11-ти часов повёл свои пикировщики в атаку на «Неошо» и «Симс».

Пытаясь защитить танкер, «Симс» получил три 250-ти килограммовые бомбы, две из них в машинное отделение и быстро погрузился кормой вперёд, при этом он сбил один бомбардировщик (по одной из американских версий потери составили 6 самолётов). Двадцать «Вэлов» атаковали «Неошо» добившись семи попаданий и нескольких близких разрывов, танкер загорелся в нескольких местах и получил крен 30 градусов, все средства связи вышли из строя, машинное отделение было уничтожено. Командир приказал «приготовиться оставить корабль», но часть команды видя участь сопровождавшего их эсминца не дожидаясь команды покинуть корабль, попрыгала за борт в спасательные плотики.

Через четверо суток 11 мая «Каталина» со стоявшего в Нумеа авиатендера «Танжер» обнаружила дрейфующий остов танкера, по её вызову прибыл эсминец, снял 123 члена экипажа (из них 14 человек из команды «Симса») и добил танкер торпедами. Ещё через три дня другой американский эсминец, обнаружил четыре связанных между собой плота и на них четверых моряков, последних оставшихся в живых из 68 человек, самовольно покинувших повреждённый танкер.

Первый самый мощный удар, в который командование японского Ударного соединения вложило все наличные силы, прошёл практически в пустую, ещё большим потрясением для адмиралов Такаги и Хара стало известие, что в 11:30 американские палубные самолёты потопили «Сёхо».