6月6日拂晓，天朗气清，风平浪静，视野较远。拂晓起飞的“企业”号侦察机，就在该航空母舰西南约130英里处发现了“最上”号和“三隈”号2艘重巡洋舰。这时，风向西南，风力不大，对美国航空母艘非常有利，它可一面向目标接近，一面组织舰载机起飞和降落。
美机连续进行3次攻击，2艘日本重巡洋舰先后被击中数颗炸弹，担任护航的2艘驱逐舰也各中1颗炸弹。到第三次攻击前，美航空母舰仅离目标90海里，所以，飞行员能够同时看到美日两军的舰队。“最上”号尽管遭到猛烈的攻击，但还是蹒跚地回到了特鲁克。可是，此后一年多不能参加战斗。“三隈”号在遭到最后一次攻击后，未过几个小时就沉没了，约有1000名舰员也同归于尽。
6月6日晚，斯普鲁恩斯决定停止追击。这时，驱逐舰因油料所限，已经离去，他手下只剩4艘军舰了。据称，日军潜艇埋伏在这个海域，这样一支兵力较小的部队是难以保障安全的。飞行员们连续奋战3天，已很疲惫。斯普鲁恩斯认为，进入威克岛日军岸基航空兵的作战半径以内是不明智的。因为据他判断，日军准备进驻中途岛的飞机可能在威克岛上集结待命。于是，他率舰队转向东北航行，以便与油船会合，进行5月31日以来的第一次加油。
斯普鲁恩斯的深思熟虑，说明他具有卓越的才略。山本虽然分兵向西撤退，但他并未放弃在这次海战中对美国军舰进行回击的企图。因5日“谷风”号遭到美军袭击，6日“最上”号和“三隈”号又遭袭击，山本已经知道美国舰队正在追击。同时，他也能够根据这些情况判断出美国舰队的行动方向。6日中午前后，山本派出一支部队(巡洋舰7艘和驱逐舰8艘)向南航进。其任务有二：第一，掩护“最上”和“三隈”号撤退；第二，歼灭美国的航空母舰编队。这支掩护部队的指挥官已经作好6日夜战的准备。根据双方的航迹来看，如果斯普鲁恩斯的部队继续向西前进，日军的掩护部队就会获得夜战的机会。在此期间，山本的主力部队也为参加这次夜战向南运动。而且，为了加强威克岛的突击力量，日军航空兵已从马绍尔群岛北上。日本的残存兵力又集中起来。