空战在十点四十分打响，双方首先在第四舰队上空交战。
最初的时候，美军的优势比较明显，主要是特遣舰队的预警机没有跟上来。在前二十分钟里，特遣舰队的三个战斗机中队损失了近五十架，美军只损失了不到三十架，还一度向北扩大了防空范围。
到了十一点，战局发生逆转。
随着慢腾腾的舰载预警机到达战场北面三百多公里处，美军的优势没有了，而特遣舰队又取得了数量上的优势。
仅仅十分钟，第四舰队上空的美军战斗机就被击溃了。
这个时候，尼克松也发现了问题，即源源不断赶来的中国战斗机没有发起对海攻击，全部投入了空战。
战场转移到第三舰队北面两百公里时，美军的处境已经非常紧迫了。
所幸的是，尼克松已经把待命的四十架战斗机派了出去。
十一点半左右，战场情况再次发生转变。
八架从北面返航的美军侦察机在毫无阻拦的情况下，逼近了特遣舰队的预警机，而且突然发起攻击。等到附近的中国战斗机赶过来的时候，已有四架预警机被击落，其余的预警机也在紧急规避。
虽然八架美军战斗机迅速被击落，剩余的预警机也立即回归，并且得到了战斗机的近距离掩护，但是战场局势已经在这几分钟里发生了逆转，美军战斗机在预警机与防空战舰的联合指挥下，顶住了压力。
打到十一点四十五分的时候，美军已经在战果上取得了较为明显的优势。
毫无疑问，这是一场惨烈的消耗战。
十二点不到，在所剩燃油仅够飞往加油空域的情况下，特遣舰队的战斗机主动撤离，空战结束。
在这一个多小时的战斗中，双方都付出了极为惨重的代价。
尼克松在清点战损的时候，发现只剩下了不到三十架战斗机，而且其中十多架还有所损伤，非常勉强的降落到了航母上。“列克星敦”号航母在回收一架受损战斗机的时候，还出了事故，导致两架没来得及拖出降落区的战斗机被撞毁，一名飞行员丧生，数名航空勤务人员伤亡，航母则暂时停止航空作业。所幸的是，这三架战斗机上的燃油都所剩无几，没有酿成灾难。
事实上，特遣舰队的损失也不小。
根据牧浩洋亲自书写的战报，特遣舰队在这场战斗中损失了一百七十四架战斗机，其中一百六十二架在美军舰队附近被击落，十二架在返航途中坠毁，其中八架是在与加油机会合前燃油耗尽而坠毁。
战后，很多人都认为，牧浩洋错过了重创第三舰队的绝佳机会。
在这些人看来，如果牧浩洋采用传统战术，即只出动少量护航战斗机，让其他战斗机执行攻击任务，会取得更大的战果，而且损失会小得多。
显然，这种说法根本站不住脚，因为以当时的情况，攻击机群根本不可能取得突破，甚至没有机会在远处用反舰导弹发起攻击。数量有限的护航战斗机根本夺取不了制空权，也就无法掩护攻击机群。真要采用传统战术的话，特遣舰队得把所有战斗机都派出去，损失的就不仅仅是一百七十四架战斗机了。
当然，第三舰队也在这场战斗中拼光了资本。
留给尼克松的选择只有一个：立即撤退。
十二点十五分，尼克松就给五角大楼发了一封战报，宣称遭到中国海军猛烈攻击，已损失全部舰载战斗机，要求立即撤离战场。
为了引起五角大楼重视，尼克松格外提到，中国空军很有可能发起攻击。
显然，这不是开玩笑的小事。
如果第三舰队没有防空战斗机掩护，中国空军又动用了大批轰炸机，那么第三舰队留下来就是等死。
十二点半，五角大楼回电，同意第三舰队撤离战场，但是要求第三舰队留下部分战舰掩护第四舰队。更重要的是，电报中明确命令，第三舰队撤往迪戈加西亚附近，准备在二十七日夜间接收补充的战斗机。
当时，美国海军还有三个中队的舰载战斗机没有调动，此外美国陆战队也能提供六个中队的舰载战斗机。这些战斗机在二十六日夜间就已出发，在横跨大西洋之后，已在二十七日上午抵达吉布提。
也就在这个时候，发生了尼克松最不想见到的事情。
十二点四十分，首先是刚刚到达第四舰队的驱逐舰发来报告，“美国”号与“企业”号航母几乎同时遭到突然袭击，初步判明为中国潜艇发动的偷袭，两艘航母均被多条重型鱼雷击中。
这份报告很不完整，其中既没有提到遭到多少艘潜艇袭击，也没有提到两艘航母的受损情况。
五分钟后，尼克松出动了八架舰载反潜巡逻机。
根据中国海军的战报，当时袭击第四舰队的只有一艘潜艇，而且是一艘“黄貂鱼”级全电动潜艇。
这艘潜艇隶属于西印度洋舰队，战争爆发的时候，已经在海上巡逻了二十多天，于十一月初返回瓜达尔港，并且在十一月十日再次出港巡逻，主要在阿拉伯海活动，担任巡逻警戒任务。当时，西印度洋舰队的大部分潜艇都去了亚丁湾，伏击从吉布提到迪戈加西亚航线上的美军舰船。只是在很长一段时间内，第四舰队都在亚丁湾活动，所以这些潜艇没有收到明显战果。直到第四舰队离开亚丁湾之后，才有几艘前往迪戈加西亚的美国船只被击沉，其中包括一艘运载四套战区防空系统的集装箱货轮。与其他潜艇不同，这艘被名为“刺魟”号的潜艇没有去亚丁湾，而是在十一月二十三日南下，转移到了马尔代夫群岛北面，两天后又继续向南航行。按照计划，它应该前往牧浩洋安排的第二道潜艇警戒线上巡逻，但是因为在马尔代夫群岛北面待的时间太长，没能及时赶过去。到二十六日夜间，才到达马尔代夫群岛南面。
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