１１月５日９时，编队准时到达预定起飞海域，天空正好刮起了适宜起飞的二至三级风，真是天随人愿！而所罗门航空队的战斗机也准时到达，在编队上空开始空中警戒。谢尔曼下令所有飞机全部起飞，２艘航母上连通常要留下保护航母的战斗机也尽数起飞，共有９７架飞机，其中５２架Ｆ６Ｆ“恶妇”战斗机、２３架ＴＢＦ“复仇者”鱼雷机和２２架ＳＢＤ“无畏”俯冲轰炸机，依次腾空而起，战斗机由克利夫海军中校指挥，攻击机则由考德威尔海军中校指挥，在航母上空排好队形，直扑拉包尔。而岸基战斗机飞行员经过多年战火考 验，也都掌握了在航母起降的技术，接着在航母上降落，加油后再升空巡逻。

　　哈尔西的作战计划完全是现炒现卖，参谋人员对接敌、攻击和撤退的具体计划只有大致的粗略轮廓，细节均由空中指挥临机确定，因此在突击机群飞行途中，克利夫海军中校和考德威尔海军中校同各飞行中队长频频通话，商讨攻击方案，考德威尔决定采取全新的攻击战术，战斗机与攻击机一起并肩突破防空火力，直到攻击机投弹前最后一瞬才分开。此时天气非常理想，似乎是美军的天然盟友，航母起飞海域阴云密布，有效掩护了航母，而突击机群刚飞过圣乔治亚水道，天空豁然放晴，以至于美军飞行员在９０千米之外就清楚地看到了拉包尔！

　　此时，停泊在拉包尔的日舰有包括重巡洋舰７艘、轻巡洋舰３艘、驱逐舰１４艘在内的四十余艘舰船，其中栗田的舰队正在进行加油，准备下午出海支援陆军的反登陆，１１时零７分，日军拉响防空警报，随即起飞７１架零式战斗机和５架彗星迎战，但栗田的军舰正在加油，无法离港规避。

　　当美军飞机冲入港湾，日军高炮一起开火，停泊在港内的军舰也以舰炮猛烈射击，甚至有些重巡洋舰竟然连２０３毫米主炮也对空射击！空中顿时炸开朵朵棕黑色硝烟，考德威尔考虑到空中正是东南风，日舰要么是顶风抛锚，要么是顶风航行，为取得最佳的效果，决定轰炸机从日舰首部进入，沿日舰航行方向投弹，鱼雷机则先与日舰保持平行，然后直角急转向日舰侧面投下鱼雷。因此他率领２２架轰炸机和２３架鱼雷机在战斗机的严密掩护下先绕到岸上，再从上风处开始攻击，日军战斗机起先一直在高炮火力之外盘旋，准备等美军战斗机与攻击机分开后再实施攻击，但美军采取的新战术，战斗机与攻击机一直没有分开，眼看美机就要开始攻击，日机才冲了过来，但都被美军战斗机拦住，就在双方战斗机展开混战之时，美军攻击机以娴熟的动作，或俯冲投弹，或平飞投雷，向日军舰艇发动猛攻！栗田的７艘重巡洋舰中“爱宕”号被三颗靠近弹炸伤，舰长当场被炸死；“高雄”号连中两弹，右舷被炸开一个大洞；“摩耶”号左舷机舱中弹，起火爆炸，受到重创，丧失航行能力；“最上”号甲板中弹，引起大火；“筑摩”号被一颗靠近弹炸伤；“能代”号轻巡洋舰被一条鱼雷击中；“阿贺野”号轻巡洋舰命中一弹；“藤波”号和“若月”号驱逐舰分别被一条鱼雷和数颗炸弹击中，舰体破损大量进水；起飞拦截的日机在空战中损失２５架。日军在空袭中共计死１３０人，伤１９０人。

　　美机完成攻击，便迅即急转爬高，避开日军炮火向外海撤退，在圣乔治亚角上空集合，编队向航母返航，美军只损失１０架飞机，１５名飞行员牺牲或失踪。在激烈的战斗中，如此轻微的损失，倒有些出乎意料了。但返航的飞机中很多都被击伤，好在美机结构坚固，才得以安全降落，像考德威尔的座机副翼、襟翼和无线电都被击中，而受伤最多的一架战斗机，机身上竟有２００多个弹孔！

　　１３时许，美军攻击机群陆续返回母舰，谢尔曼本着捞一把就走的指导思想，等所有飞机刚刚着舰完毕，便立即下令南撤，返回圣埃斯皮里图岛。返航途中，就接到了美国陆军航空队司令阿诺德上将发来的贺电，阿诺德对海军航空兵的出色战绩大加赞赏，并向全体参战官兵表示祝贺。而此次作战的总设计师哈尔西则亲自赶到圣埃斯皮里图岛，迎接凯旋而归的航母编队，谢尔曼旗舰“萨拉托加”号航母刚刚驶入锚地，哈尔西就神彩飞扬地登上航母，得意之情溢于言表，胜利的喜悦使他看上去一下子年轻了一百岁！

　　日军东南舰队司令草鹿哪肯甘心，美军飞机刚一撤走，便出动侦察机搜寻美军编队，决心报一箭之仇！１３时５５分，日军侦察机报告，在拉包尔西南４２５千米海域发现由２艘航母、４艘巡洋舰和５艘驱逐舰组成的美军编队，１６时２０分日军先起飞４架侦察机与其保持接触，并引导随后起飞的突击机群攻击。

　　１７时１５分，“瑞鹤”号航母飞行队长清宫大尉指挥１４架九九式舰载攻击机从拉包尔起飞，在先期起飞的侦察机引导下，于１９时１０分发现美舰，立即开始实施鱼雷攻击。日军于次日发表战报，称此次攻击为“第一次布干维尔海空战”，宣称击沉美军航母２艘、巡洋舰２艘、驱逐舰２艘——别担心，遭到攻击的根本不是谢尔曼的航母编队，而是一支由步兵登陆艇、坦克登陆艇和鱼雷艇各一艘组成的小型护航船队，正从托罗基纳登陆滩头返回谋诺岛，这三艘舰艇都被击伤，但无一沉没。

　　就在日军飞机起飞攻击美军船队同时，美军西南太平洋战区的第五航空队２７架Ｂ－２４轰炸机在６７架Ｐ－３８战斗机护航下，从巴布亚半岛多博图拉机场起飞再次光临拉包谨慎的联合舰队总司令古贺大将认为美军航母敢于主动空袭拉包尔，必有强大的空中掩护，因此拉包尔已经非常危险，再将宝贵的重巡洋舰留在那儿，是极不明智的，便于１１月５日下午决定撤回重巡洋舰，栗田随即奉命率领所部北撤，于７日和８日陆续回到特鲁克，其中一些受伤的巡洋舰还被迫返回日本本土修理。这样一来，美军登陆滩头就再不会遭受日军大型水面舰艇的威胁，美军就可以安全地组织后续部队和物资的海上运输，同时日军以重巡洋舰编队掩护陆军实施反登陆的企图也宣告破产，从此以后，在南太平洋海域，就再也没有日军的大型水面舰艇活动了！

　　此次作战的巨大胜利，最重要的原因就是兵贵神速。哈尔西接到日军重巡洋舰编队南下的消息，没有丝毫犹豫，就决定以航母编队实施空袭，甚至在一些具体问题还没解决的情况下就向谢尔曼下达了出击命令，而谢尔曼接到命令后也没有片刻耽搁，迅速指挥编队北上，因此才能够在日军编队刚刚进港，戒备松弛而且又是在进行加油无法实施机动规避的有利时机发起攻击，一举奏效！随后不等日军做出反应，就迅疾撤离，因此获得了战果大代价小的辉煌胜利。日军侦察不力也是其遭到严重损失的一大原因，谢尔曼的航母编队在向拉包尔航行途中，曾被日军侦察机发现，但日军侦察机将其误报为运输船编队，因此日军毫无防范，被打了个措手不及；而当日军组织反击时，侦察机又将美军的运输船队误报为航母编队，使谢尔曼编队得以平安返回。

　　就在谢尔曼编队成功空袭拉包尔的同一天，蒙哥马利海军少将指挥的第五十特混编队第三大队，奉尼米兹上将的命令从中太平洋抵达圣埃斯皮里图岛，临时配属给南太平洋部队，该大队下辖３艘航母、３艘巡洋舰和９艘驱逐舰，２３５架舰载机，实力颇为可观，这是尼米兹应哈尔西的一再请求派来的。

　　哈尔西被谢尔曼编队的巨大胜利所鼓舞，当蒙哥马利编队刚刚到达，就曾设想立即集中两支航母编队对拉包尔实施更大规模的空袭，但因蒙哥马利编队刚一到达，巡洋舰和驱逐舰就被抽调去为向托罗基纳登陆滩头运送物资的第二梯队提供海上掩护，这一计划被迫搁置。

　　１１月１１日，随着护航任务的完成，巡洋舰和驱逐舰陆续返回，这样哈尔西的设想就可付诸实施了。

　　　　当天一早，谢尔曼编队到达拉包尔东南４１６千米，随即起飞舰载机前去攻击，突击机群飞抵拉包尔时，大雨如注，美机冒雨攻击，战果不详。因天气恶劣，美军无法按计划组织第二次攻击，正是因为同样原因，日军也无法出动飞机反击。

　　蒙哥马利编队比谢尔曼编队晚抵达拉包尔东南３００千米的出击海域，按照预定计划，所罗门航空队的战斗机准时到达，为编队提供空中掩护，编队则起飞１８５架舰载机前去攻击。由于编队在航行途中被日军侦察机发现，因此日军能比较准确地推算出美军航母到达起飞阵位的大致时间，所以美军机群在圣乔治亚角附近遭到日军６８架战斗机的拦截，美军战斗机迅即上前迎战，掩护攻击机攻击拉包尔港内的舰船，日军“凉波”号驱逐舰被一条鱼雷命中，引起的大火蔓延到鱼雷发射管，引爆了管中的鱼雷，致使该舰沉没；“长波”号驱逐舰被两颗炸弹击中，失去机动能力；“阿贺野”号巡洋舰尾部被一条鱼雷击中，舵机受创失灵；“浦风”号和“若月”号驱逐舰受轻伤。

　　美机撤走后，日军就准备出动飞机反击，可拉包尔的航空兵力已受到沉重打击，损失较大，所以草鹿决定调新爱尔兰岛卡维恩机场的航空兵实施反击，但卡维恩机场当天上午也遭到美军第五航空队的空袭，所以其航空兵无法迅速转场至拉包尔。直到中午前后，才有２７架轰炸机、１４架鱼雷机和６５架战斗机从卡维恩到达拉包尔，稍事休整再从拉包尔起飞。由于日军机群是从拉包尔的东、西两机场分散起飞，其中３２架战斗机没有找到主力机群，只得提前返航，另有３架轰炸机因机械故障而中途返回，实际出击２４架轰炸机、１４架鱼雷机和３３架战斗机。

　　此时美军蒙哥马利编队正准备发动第二次攻击，美舰雷达发现大批日机正在迫近，美军刚补充好油、弹的３６架战斗机立即起飞，在距离编队约７５千米处展开拦截队形，而各军舰迅速排成环形防空队形，以３艘航母呈三角形配置为核心，９艘驱逐舰环绕在周围，构成了两道防空火力。

　　１３时５４分，日机突破美机拦截飞临美舰上空，美舰对空炮火猛烈开火，战况殊为激烈，以“邦克山”号航母为例，美军就消耗１２７毫米炮弹５３２发、４０毫米炮弹７８７８发、２０毫米炮弹２２７９０发，而且美军使用的是先进的近炸引信，炮弹不需要直接命中，只要在日机附近爆炸就可以破片毁伤日机，因此战果较大——美军使用近炸引信的机密直到战争结束，日军也一无所知。共击落日军１９架轰炸机、１４架攻击机和２架战斗机，美舰因规避得当，日军投下的炸弹和鱼雷无一命中，美军仅损失１１架战斗机。

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