美国海军太平洋舰队司令尼米兹海军上将决定第5舰队向马里亚纳群岛进军的出发日为1944年6月6日，同一天，盟军横渡英吉利海峡，在法国实施诺曼底登陆，突破了德军的内防线。马里亚纳群岛也恰好是日军内防线的关键性链环，是保护日本本土极为重要的南部屏障。盟军攻占了马里亚纳，就可以开辟其南部的关岛、塞班岛、提尼安岛等几个大岛作为前进基地，并能从此反攻菲律宾，或经小笠原群岛直接进击日本本土。由于其重要的战略位置，日本人视马里亚纳群岛为“太平洋防波堤”。
6月6日，第5舰队司令斯普鲁恩斯海军上将以“印第安纳波利斯”号重巡洋舰为旗舰，米彻尔海军中将乘坐“列克星教”号航空母舰，率领第58特混舰队从马绍尔群岛出发向西北航进。在特混舰队之后，有一支两栖作战编队跟进，它由535艘舰船组成，运送12.7万余名陆战队员和陆军部队，他们的主攻目标先是塞班岛和提尼安岛，后是关岛。在第5舰队航渡期间，马绍尔群岛和西南太平洋战区的陆军航空队对加罗林群岛的日军基地反复实施轰炸，以便牵制和削弱日军航空兵力。6月11日，第58特混舰队刚一驶抵关岛以东200海里的海域，米彻尔海军中将就令其战斗机和轰炸机起飞，空袭南马里亚纳群岛日军事基地。突袭完全出乎日军的意料，日军大部分飞机已被调往增援新几内亚作战，驻岛岸基航空兵没能进行有力的抵抗，不仅损失了100架飞机，而且机场。防空设施和对岸防御的发射阵地都遭到了严重破坏，美军舰载机获得了塞班岛上的绝对制空权。连续几天猛烈的航空火力和舰炮火力准备，为6月15日塞班岛登陆铺平了道路。
美军的狂轰滥炸给了丰田司令长官当头棒喝，使他从在西南太平洋海域进行大海战的一厢情愿中清醒过来。他立即下令中止支援新几内亚作战，命令第1机动部队实施“阿号作战”，向马里亚纳群岛出击。6月13日，第1机动部队司令长官小泽治三郎海军中将亲率大小航空母舰9艘从塔威塔威出发，6月16日在菲律宾东部海域，与增援新几内亚方向急速赶回的战列舰、巡洋舰部队会合。
如果日军事先查明美军的作战企图，不是匆匆忙忙地赶往马里亚纳决战海域，而是在美舰队到达之前，隐蔽地将其全部航空母舰集结到马里亚纳群岛海域，那么中途岛海战的情况可能会再次出现，不过这次获胜的将是小泽的第1机动部队。然而，此时已是1944年6月，美军的侦察能力与战争初期相比已不可同日而语，“小银鱼”、“飞鱼”、“海马”等几艘潜艇不断地向斯普鲁恩斯报告小泽舰队的出航情况、舰队编成、航向及最新位置情报。根据这些情报，斯普鲁恩斯判断一场大海战已经迫在眉睫。6月15日清晨塞班岛登陆开始后，他下令推迟原定于18日实施的关岛登陆作战，从塞班岛两栖登陆部队中抽出8艘巡洋舰和21艘驱逐舰调归第58特混舰队。在精确计算小泽舰队的前进速度后，他命令克拉克海军少将率领两个航母特混大队在三天内完成北上袭击硫黄岛和关岛的任务。6月15日、16日，克拉克的二个特混大队共击毁日军岸基飞机130多架，并破坏了机场，消除了小泽舰队可能与疏黄岛岸基航空兵协同夹击第58特混舰队的威胁。
6月18日中午，米彻尔海军中将的第58特混舰队向西驶入塞班岛西南部海面。新编成的水面舰艇特混大队由李海军中将指挥，位于最西侧，准备随时投入可能发生的舰炮大战，辖有新式快速战列舰7艘、重巡洋舰4艘。驱逐舰14艘；在李海军中将编队的东北方向至东南方向，依次是第4航母特混大队、第1航母特混大队、第3舰母特混大队和第二舰母特混大队。第1航母特混大队由克拉克海军少将指挥，辖有“大黄蜂”号、“约克城”号两艘大型航母。2艘轻型航母，重巡洋舰3艘、轻巡洋舰2艘，驱逐舰1艘。第2航母特混大队由蒙哥马利海军少将指挥，辖有“邦克山”号、“黄蜂”号2艘大型航母、2艘轻型航母，3艘轻巡洋舰，12艘驱逐舰。第3舰母特混大队由里夫斯海军少将指挥，编有“企业”号、“列克星敦”号两艘大型航母、2艘轻型航母、1艘重巡洋舰。4艘轻巡洋舰，13艘驱逐舰。第4航母特混大队由哈里尔海军少将指挥，编有“埃塞克斯”号大型航母1艘、2艘轻型航母、l艘重巡洋舰、2艘轻巡洋舰、14艘驱逐舰。第58特混舰队5个特混大队的舰只均呈环形队形，为便于机动，每个大队相距12～15海里，各航空母舰与风向成90度角摆开，以便随时转向西顶风让飞机起飞，向东顺风收回飞机。由大型航母7艘、轻型航母8艘、战列舰7艘、重轻巡洋舰21艘、驱逐舰69艘。舰载机956架组成的美太平洋海军第5舰队第58特混舰队已完成了临战准备。
6月18日下午，吸取中途岛战败教训的小泽司令长官毫不吝惜地将舰队全部的42架水上侦察机撒向西部海空，果然数次发现美第58特混舰队正在塞班岛以西约200海里的海域活动。小泽立即开始调整布置，准备第二天进行攻击。由栗田海军中将指挥的前卫编队分为3个大队，各大队分别以1艘轻型航母，即“千岁”号、“瑞凤”号为中心排成环形队形，大部队大型水面舰艇，包括“大和”号、“武藏”号、“金刚”号、“榛名”号四艘战列舰，8艘重巡洋舰，7艘驱逐舰都编在栗田的前卫编队。小泽直接指挥的机动部队主力，在前卫编队后面100海里跟进，分为2个大队，也以航母为中心排成环形。第1大队编有旗舰“大风”号、“翔鹤”号。“瑞鹤”号三艘大型航母，以及3艘巡洋舰，6艘驱逐舰。第2大队编有“隼鹰”、“飞鹰”两艘中型航母，“龙凤”号轻型航母，l艘战列舰，l艘巡洋舰，5艘驱逐舰。其后还有一支油船、运输船等组成的远洋补给部队。日本海军的5艘大中型航母、4艘轻型航母。5艘战列舰、13艘巡洋舰、28艘驱逐舰以及430架舰载机在小泽海军中将的率领下，经过5昼夜的长途跋涉，已完成了临战布阵，劈波斩浪、气势汹汹地杀向已是血火如荼的塞班岛战场。
情况对米彻尔的第58特混舰队甚为不利。日本海军舰载机没有重装甲和自密式油箱，战斗行动半径可达300海里以上，而美机的战斗行动半径仅200海里。入夜后收到“小泽舰队在己方西南偏西355海里位置”报告的米彻尔，认为应该改变在待机迎敌期间，舰队昼间西进、夜间东撤，以保护塞班岛登陆编队免遭敌夜袭的预定计划，为达成在次日晨首先对日航母舰队发起攻击的作战目的，第58特混舰队应利用天亮前的几个小时继续向西航进，以期接近到美机必要的攻击距离。米彻尔担心，若拂晓后再西进，就会贻误战机，因为舰载机起飞时，航母必须迎风向东航行，导致敌我之间距离加大，而这正是小泽舰队求之不得的。米彻尔星夜西进的作战意图报告斯普鲁恩斯之后，“印第安那波利斯”号旗舰的作战室里立即展开了紧张的讨论，午夜过后，斯普鲁恩斯向米彻尔复电：不能采纳你的建议，攻击与防守塞班岛、提尼安岛和关岛是我们的首要任务。斯普鲁恩斯认为，美军侦察机直至这时还未捕捉到日本舰队，而珍珠港无线电方位测定站所提供的敌舰队位置报告与潜艇的报告又有较大出入，因此小泽舰队的准确位置尚不清楚。鉴于日军在海战中惯用翼侧突击战术迂回到掩护兵力的背后去袭击两栖登陆编队，斯普鲁恩斯决定第58特混舰队必须首先确保塞班岛登陆地域的绝对安全，虽然他内心同米彻尔一样，迫切希望对小泽舰队予以毁灭性打击。这一决定当然令米彻尔及他手下的航母特混大队指挥官们十分不满，他们不理解斯普鲁恩斯司令竟然会把拥有强大航空兵力的第58特混舰队当作一支“要塞舰队”来部署。