在美国飞机攻击时，岛上的日军战斗机以 5 分钟为间隔从 0705 时开始起飞了 3 批共 8 架 A5M。海军中尉威尔墨 . 拉维在完成第一次扫射时发现在其前方有一架 A5M，可能就是先前起飞警戒的两架中的一架，他从这架飞机后方接近并射击， 将这架飞机击落。随后他的座机又越过第二架A5M，并在其前方掉头进行迎头攻击，两架飞机一直接近到很近的距离才向两侧翻滚错位，结果 F4F 的机腹与 A5M 的一侧机翼撞上，F4F 的腹部被切开，而 A5M 的机翼也被撞伤，日军飞行员最后跳伞逃生，飞机坠毁。其余的几架飞机在同日本飞机交战时均发生机枪卡壳故障，未能取得战果。最后这 5 架 F4F-3 战斗机均返回“进取”号，领队的格雷的座机在机身上数出 30 多个弹洞。
在战斗机扫射之后，以“切斯特”号巡洋舰为主力的炮击舰队对塔罗阿岛进行了炮击，日军匆忙起飞的战斗机和轰炸机对炮击舰队进行了攻击，由于攻击行动比较仓促，只有一枚 60kg 炸弹击中“切斯特”号左舷弹射器旁的船台甲板， 造成 8 人阵亡，11 人受伤，舰体本身轻微损伤。
被击伤的“切斯特”号（USS Chester CA-27）的中弹部位
“进取”号的轰炸机机群轰炸了夸贾林环礁中的罗伊岛， 日军在 0651 时发现了来袭的美国轰炸机机群，因此当这些飞机抵达目标上空时遇到了猛烈的防空炮火的还击，VS-6 中队的中队长霍尔斯特德 . 霍平海军少校驾驶的 SBD-2 在进行俯 冲轰炸时被高射炮火击中飞机尾部，霍平和机上的机枪手哈 罗德 . 托马斯未能跳出飞机而阵亡，他也是太平洋战争中第一位阵亡的美国海军航空兵中队长。日军在美国飞机轰炸过 程中紧急起飞了 10 架A5M 战斗机迎击，有 3 架SBD-2 被击落， 6 名机组人员全部阵亡。美军方面声称在交战中击落了 3 架 日军战斗机。在 VS-6 中队后面进入攻击的 VB-6 和 VT-6 中队的飞机对停泊在环礁锚地中的多艘日军潜艇和舰船进行了轰 炸，VT-6 中队中队长林赛少校带领鱼雷机对“香取”号训练巡洋舰以及多艘货船进行了雷击，由于日军对这些鱼雷机的 反击火力较弱，因此这些鱼雷机均安全脱离。随后 VB-6 中队的 SBD 再次对这些舰船进行了轰炸，尽管他们遇到了较猛烈的防空火力，却只有 6 架飞机被击中，而且这些飞机都仅受轻微伤。虽然最后日军的损失远没有这些飞行员报告所称的那么大，但是还是有多艘舰船被击伤，而美军不知道的一个重大战果是他们击中了当地日军第 6 根据地司令部，在司令部内的日军指挥官八代佑吉海军少将阵亡，其首席参谋法元廉少佐重伤，于两天后死去， 八代佑吉也是日本在太平洋战争中第一名阵亡的将级军官。另外，在“香取”号上的日本第 6 舰队指挥官清水光美海军中将也被一块落在这艘训练巡洋舰旁边的炸弹的破片击中喉部受伤，随后他随舰返回日本并因伤被解除职务。
1942 年 2 月 1 日，正在炮击中的“盐湖城”号重巡洋舰
在第一轮攻击之后，TF.8 舰队于 0930 时和 1015 时再次起飞了两个波次对塔罗阿岛进行轰炸，第一波次的全部 9 架飞机均安全返回，第二波次在攻击时遇到了日军战斗机的拦截，有一架 SBD 失踪。中午过后，“进取”号进行了对塔罗阿的第四次空袭，不过这一次没有发现值得攻击的目标。考虑到任务已经基本完成， 而且飞行员也已经很疲惫，哈尔西下令舰队撤退， 同时命令在其南部约200 公里外的弗莱彻也撤退。
在“进取”号开始出动第一波次飞机时，在哈尔西的南方负责攻击吉尔伯特群岛的“约克城” 号也在当日 0452 时开始起飞飞机，出击的飞机包括 VB-5 中队的 17 架 SBD-3、VT-5 中队的 11架 TBD-1 以及为其护航的 4 架 VF-42 中队的 F4F- 3。随后第二波次的 VS-5 中队的 14 架 SBD-3 于0540 时开始起飞，这批飞机分成两个波次，第一波次 9 架，第二波次 5 架。由 VS-5 中队中队长 小威廉 . 波奇海军少校带领的 9 架飞机在起飞约50 分钟后抵达马金岛上空，当地当时正在下暴雨， 但是并不影响空袭。波奇少校在飞到目标上空后看到了一艘飞机运输舰和 2 架 H8K 水上飞机停在潟湖内，此外还有数艘运输船。波奇少校向水上飞机发动攻击，用机上的机枪进行扫射，将其中一架击中后引爆。跟随在他后面的其余的 SBD 也对第二架 H8K 进行扫射，但是未能击毁它，这架飞机之后被转回来攻击的SBD 的扫射击中而爆炸。此外，波奇少校转回后再次对运输船进行了攻击， 并将其重创。
1942 年 2 月 1 日，一艘美国驱逐舰正靠近一架迫降在海上“约克城” 号所属 SBD，对其进行救助
VS-5 中队的第二波次在副中队长小华莱士. 肖特海军上尉带领下对米利环礁进行攻击， 当他们飞到目标上空时才发现这里并没有什么值得攻击的目标，最后只对一座疑似仓库和一个可能是油罐的物体进行了轰炸。他们看到轰炸后当地的土著人在四散逃离，因此判断他们其实攻击的很可能不是日本人而是当地土著人的生活设施。
“约克城”号的第一波次飞机攻击的目标是贾鲁伊特环礁，但是他们在起飞时遇到了一场小规模的风暴，机群被冲散。VB-5 中队中队长罗伯特 . 阿姆斯特朗海军少校带领他的中队集合了中队中 17 架飞机中的 15 架飞向目标，在途中又遇到一次较大的风暴。尽管遇到了恶劣天气，但是在他们飞到目标上空时出现了一个较大的云洞， 而一些在此前被风暴冲散的飞机以单机或小编队的方式也陆续飞到目标上空，暴风雨虽然影响了攻击，但是也使下方的日军未能及时发现来袭的机群，因此攻击达成了突然的效果，不过还是因为天气的影响，攻击精度比较差。在攻击过程中， VT-6 中队的两架飞机迫降，机组的 6 人均逃了出来，乘坐救生艇漂到附近的岛屿，最后被日军俘获，这几个人在战俘营坚持了下来并迎来了战争的胜利。贾鲁特伊环礁内的日军舰船有数艘受伤， 但是损失不大。由于目标区域的天气恶劣，弗莱彻取消了后续的攻击行动。在接到哈尔西的撤退命令后，他也率领 TF.17 后撤。
日军在遭到美国舰载机攻击后也开始寻找美国舰队，当天下午 1300 时过后，一架日军 H6K 九七大艇飞到了哈尔西舰队上空，随后被护航 的 F4F-3 战斗机击落，“进取”号编队在甲板上的人员目睹了这架飞机在空中爆炸时所散发的红色烟火一般的场景。击落这架飞机的海军预备役少尉艾伯特 . 麦克卡斯基和约翰 . 亚当斯在返回航空母舰后受到英雄一样的欢迎。
川西 H6K 九七式水上飞机，一般称其为“九七大艇”，这是一种大型远程水上飞机，是日军主要的远程航空侦察力量之一。
