Митчер и Спрюэнс согласились, что японцы, скорее всего, отходят на северо-запад, но гнаться за ними сочли невозможным, чтобы не создавать проблем своим самолетам-разведчикам, которые уже находились в воздухе. Но, как говорится, сколько голов — столько умов. Не все были согласны с командующими, и адмирал Ривз заявил, что японцы уже удрали, поэтому лучше возвращаться назад. Адмирал Ли предложил дать его линкорам другой курс, чем авианосцам. Капитан 2-го ранга Виндхелм, начальник авиационного отдела штаба Митчера, предположил, что поврежденный «Дзуйкаку» отходит на северо-запад со скоростью 15 узлов, и его еще можно догнать. Для этого с «Лексингтона» нужно отправить группу из 12 «Хеллкэтов», вооруженных 500-фн бомбами. Они пролетят 450 миль, потом повернут влево, пролетят еще 30 миль и направятся назад, перекрыв таким образом сектор в 20 градусов. Судя по всему, Виндхелм не читал трудов Морисона, иначе он не предложил бы подобную ересь — отправить ударную группу на 250 миль дальше, чем она может пролететь. Митчер тоже Морисона не читал, и в 12.00 самолеты поднялись в воздух. К 15.00 они достигли предельной точки своего полета, ничего не обнаружили и повернули назад.
Такое положение дел никого не устраивало, и в 12.00, после того, как вернулись разведчики, ОС 58 легло на новый курс, склонившись к северу, и увеличило скорость до 20 узлов. К этому времени японский флот вышел в район, который был назначен для дозаправки, однако вроде бы отработанная процедура у японцев пошла со скрипом. Их корабли были рассеяны на большой площади, а флагман погиб, поэтому координация действий была крайне затруднена. Одзава потерял несколько часов, чтобы собрать свои корабли, при этом он перешел на авианосец «Дзуйкаку». Лишь тогда он узнал, что накануне потеряны около 330 самолетов, и в его распоряжении остались всего 100 машин. Но адмирал Какута при слал очередную оптимистическую ложь, сообщив, что многие самолеты нашли прибежище на Гуаме и могут продолжать сражение. После этого решимость Одзавы возобновить бой только окрепла, хотя у него уже была возможность убедиться, что доверять Какуте следует с большой осторожностью. Единственным изменением планов стал перенос новой атаки на 21 июня.
Тем временем в 13.30 с «Энтерпрайза» поднялись очередные 12 разведчиков. Спрюэнс по радио приказал Митчеру продолжать поиски до наступления сумерек и поинтересовался положением с топливом. На это Митчер ответил, что на части эсминцев уже начались проблемы, однако он собирается заправить их с тяжелых кораблей, продолжая погоню. А далее произошел странный эпизод. В 15.12 Митчер передает: «Есть признаки того, что наши птички заметили нечто большое. Скорость 23 узла». Что послужило причиной этой радиограммы — неизвестно, тревога оказалась ложной, но крайне полезной.
В 15.40 один из «Авенджеров» второй поисковой группы заметил вдалеке корабли 1-го Мобильного Флота. Он немедленно отправил радиограмму, которую на «Лексингтоне» прочитать никто не смог. Но даже принятой тарабарщины хватило, чтобы понять: что-то назревает. Митчер приказал своим кораблям следовать прежним курсом, держа скорость 20 узлов, после чего он поинтересовался, принял ли кто-нибудь сообщения от других разведчиков. Откликнулся «Йорктаун», который указал несколько иные координаты группы из 10 японских кораблей. Парадоксально, но именно расхождение в данных убедило Митчера, что контакт действительно имел место. Адмирал приказал готовить самолеты к вылету.
А вскоре был получен первый четкий и пространный рапорт. Японский флот находился на расстоянии 275 миль на WNW и шел тремя группами с малой скоростью, принимая топливо с танкеров. Если американцы намеревались атаковать противника, им следовало поторопиться, так как темнота наступала в 19.00. Митчер поинтересовался у Виндхелма, который командовал пикировщиками в бою у Санта-Крус, получится ли атака. Виндхелм ответил, что получится, но у пилотов возникнет много проблем.
Японцы слушали все эти переговоры, и у них появилась твердая уверенность, что они обнаружены. Поэтому в 16.45 Одзава приказал прекратить прием топлива, повернуть на 24 градуса к северу и увеличить скорость до 24 узлов. Разумная, но тщетная предосторожность, потому что Митчер еще в 16.05 начал готовить самолеты к вылету, а в 16.20 ОС 58 развернулось против ветра, и первые самолеты покинули полетные палубы авианосцев. Для экономии времени и топлива самолеты не кружили над авианосцами, пока не построится вся группа, а сразу брали курс на цель, и группа строилась уже по дороге.