另一边，美军也迫切地想要找到南云舰队的位置，企业号于24日清晨放飞了23架SBD，对企业号北方320公里的扇形范围进行索敌巡逻，同时附近驻扎的巡逻中队也派出PBY进行协助侦察。上午9点46分时，一架卡特琳娜报告友军舰队西北方约300公里处，发现南云当作诱饵的龙骧舰队。

弗莱彻在接到巡逻中队的报告后一度陷入纠结，他并不知道南云的舰队中到底有几艘航母，以及是否应该派出主力打击群攻击龙骧——毕竟弗莱彻不想重蹈珊瑚海的覆辙。为了掌握更多的情报，弗莱彻于下午1点命令企业号放飞23架SBD和F4-F向北方和西北方做进一步搜索，同时指挥美军舰队向龙骧的位置抵近准备攻击。

此时美军的PBY仍然在持续跟踪龙骧号，并将日军舰队的实时位置回报给弗莱彻。下午1点45分，没有接到企业号侦察分队报告的弗莱彻决定先击沉龙骧，不过为了保险起见，他只命令萨拉托加号派出 30架SBD和7架TBF，企业和大黄蜂则按兵不动，继续等待日军主力的情报。

不得不说，这一次弗莱彻的运气实在不怎么样，就在萨拉托加派出打击编队之前，一架来自筑摩号重巡的水上飞机就发现了美军航母。虽然美国人的战斗机用最快的速度将它揍了下来，但日本人在发现侦察机失联之后立刻意识到这是美军航母抵达战场的迹象，随即向筑摩机失踪时的位置派出了更多的侦察机。同时南云也一反常态地果断下令翔鹤和瑞鹤派出第一波打击群跟随侦察机一同前往预定地点，并且在第一波攻击编队升空之后立刻就准备了第二波补充打击群，准备在一小时后直接对美军航母进行补刀。

此时弗莱彻的处境比珊瑚海时还要糟糕，这次的战场主动权落在了日本人手里，南云掌握着弗莱彻航母编队的大概位置，而美军则对日军主力舰队的方位一无所知。更倒霉的是，下午3点左右两架来自企业号的SBD曾发现过翔鹤和瑞鹤，并且对其进行了轰炸。但是这次打击不仅没有命中目标，飞行员的报告也因为无线电干扰没能及时传达给企业号，当萨拉托加号从海量的冗余信息中筛查出这条发错对象的报告时，已经为时已晚。

虽然萨拉托加号对龙骧的打击行动进行的相当顺利，但是弗莱彻此时已经大祸临头。下午4点02分，企业号的对空搜索雷达在距离本舰140公里的地方发现了密度极高的反射信号，萨拉托加和企业随即放飞了54架F4-F前往高空进行拦截。同时美军舰队中的北卡罗莱纳号战列舰，波特兰和亚特兰大号巡洋舰以及6艘驱逐舰用最快的速度排成防空阵型，将航母围在舰队中央。

需要指出的是，虽然当时美军的舰载索敌雷达性能相当出色，但是碍于技术瓶颈的限制，雷达只能指示方位和距离，并不能探查目标的具体高度，因此企业和萨拉托加放出的那54架战斗机几乎全都飞错了地方从，使得瑞鹤舰爆队长关卫少佐带领的日军机群抵达美军的防御圈时，只遇到了10架左右的美军拦截机，而护航的零战就足以拖住这些F4-F的脚步。等到那些飞过头的野猫俯冲下来时，日军轰炸机已经开始突破美军舰队的最后一层防空网。

另一方面，虽然美军的水面舰艇在雷达的预警下做好了防空准备，但当天的天气实在不怎么样，厚实的云层极大限制了防空炮发挥火力的区间，当那些防空炮手们于4点42分第一次目视到敌机的时候，日本人已经在他们头顶进入俯冲阶段准备投弹。根据日军的记录，关卫的计划是用18架99舰爆攻击企业号，9架99舰爆轰炸萨拉托加号，但是由于拦截火力打散了日军预设的分队，导致几乎所有突防成功的日军轰炸机都扑向了企业。

虽然企业号在开战之后增设了大量20毫米厄利孔防空炮，但这样的近距离火力面对俯冲轰炸机也很难在它们投弹前将其击落。4点44分时，一枚10秒定时引信的穿甲航弹命中了企业号舰尾的三号升降机，砸穿5层甲板之后在士官宿舍里爆炸，造成35人阵亡。

而随着爆炸引起的连锁反应，企业号水线处被撕开一个直径接近2米的大洞，倒灌的海水瞬间让企业号向右倾斜，后部飞行甲板也因为这次爆炸产生变形。几乎就在同时，第二枚炸弹命中了企业右舷的5英寸炮位，37名水兵外加一名随舰记者被当场炸死。

此时的企业号充斥着浓烟和大火，水线处的破口正在不停进水，下层甲板和机库内宛如地狱一般。幸运的是日军并未击中动力舱室，企业号仍然能以27节航速向北卡罗莱纳号战列舰靠拢，借助友军防空火力拦截日军轰炸机。同时企业号的损管队也在奋力拯救这艘船，身着石棉服的损管队员争先恐后地冲进受损最严重的区域控制火势蔓延，将幸存者从破损倒塌的舰体结构中拖出来，恢复舰上的电力，用水和二氧化碳稀释易爆的燃油蒸汽。

4点46分，第三枚日军炸弹命中了企业号舰桥后部的飞行甲板，造成中部的2号升降机损毁。所幸企业号在接敌之前就已经放飞了全部的舰载机，此刻她的机库内空空如也，日本人的炸弹并没造成更进一步的损伤。当日军第一波打击结束后，企业号虽然三次因为进水出现倾斜，但在损管队的努力下，水线下的破洞被铁丝、床单和木板暂时堵住，甲板上的弹坑也被薄钢板补齐，大E在一个小时内恢复了24节航速以及部分甲板的舰载机起降功能。

不过就在所有人都觉得可以松一口气的时候，企业号的雷达又在80公里外发现了一批新的敌机——这是南云派出的第二波打击梯队。更为致命的是，企业号在遭到第一枚航弹命中时，操舵室里的船员为了防止火灾蔓延封死了舱门。但随后周围舱室的大火和舵机自身散发的热量导致操舵室内的温度飙升到了80℃，舵机在高温下随即失效，企业号在经过两次左右摇摆之后，舵机卡死在了向右的档位。

当雷达员报告80公里外出现日军机群时，企业号正深陷舵机卡死带来的麻烦之中。不断向右回旋的企业差点一头撞上驱逐舰鲍尔奇号，轮机室试图通过将航速降低到10节后让左侧螺旋桨反转来掰直航向，但也无济于事。最终还是损管小组花了38分钟拼命凿开了被封死的操舵室舱门，拖出已经严重昏迷的操舵员，同时工程师也在第一时间冲进去重启了辅助转向电机才让企业恢复正常航行。

此时一直紧盯雷达的操作员发现日军机群在特混舰队南方80公里处向西北转向——由于日军在无线电通讯中抄错了坐标方位，导致南云的补充打击梯队跟美军舰队擦肩而过。随着夜幕的降临，它们将永远错失击沉美军航母的机会，大E再一次活了下来，战斗仍将继续。

虽然在东所罗门群岛海战中，企业号遭受了极其严重的损伤，但这次战役无论是战术还是战略上都是美国的胜利。山本妄图一石二鸟的KA号作战不仅完全破产，轻型航母龙骧被击沉，更要命的是整编之后的一航战又损失了71架飞机和将近130名经验丰富的飞行员。日本人再想拿下瓜达卡纳尔岛，就只能依靠驱逐舰在深更半夜跑“鼠输送”来维持战线补给，胜利的天平开始向盟军倾斜。