原本美军第58特遣舰队19日白天不断派出侦察机，欲寻找日本舰队并歼灭之，但在小泽舰队的战术使用下而未成功探查到日舰的踪影。同日15时，鉴于日本「分兵合击」的顾虑逐渐消除，斯普鲁恩斯终于准许米契尔第二天朝日本舰队前进。鉴于飞行员已在白天的空战中消耗不少体力，米契尔并未在夜间派出侦察机，20日上午一面西进一面派机侦察，仍一无所获。
因为19日夜间小泽舰队转往西北，暂时避开跟第58特遣舰队的接触并进行加油，小泽意图第二日再度派出其剩余百余架的舰载机，同时计划联合已飞往马里亚那加油添弹的舰载机一同袭击美舰(但大部分飞往马里亚那的舰载机已被击落)。
20日上午，小泽再移乘其所在的甲队唯一剩余的航空母舰瑞鹤，此时由于通讯改善，下午1时小泽终于得知前一天空战的结果，由于大量舰载机损失，小泽仅剩百余架飞机可以出击，即使如此小泽仍打算协同陆基航空队对美军再进行一次打击，小泽正决断之时，前卫舰队司令栗田自旗舰爱宕重巡洋舰向小泽通报:美第58特遣舰队向己方逼近，距离已不到300海里。
20日15:40分面，企业号的一架侦察机发现小泽舰队，自海战展开30个小时