Hasta aquel momento, por culpa del inadecuado reconocimiento aéreo desde las bases terrestres, Fletcher no tenía todavía una idea muy clara de los movimientos de los portaaviones de Takagi, ni el plan de cerco enemigo. Sus aparatos de reconocimiento se habían aproximado muchísimo a la formación nipona; pero sin poder avistarlas, ya que estaba escondida bajo las nubes y además porque a las 9,30 había virado al sur, aproximándose, por consiguiente, a los primeros buques de Fletcher. A medianoche, la 17ª. Task Force se encontraba a unas 310 millas de la isla de Deboyne, frente al extremo meridional de Nueva Guinea, donde los japoneses hablan establecido una base de hidroaviones.

De haber sido más eficaz el reconocimiento aéreo de ambos adversarios, la batalla principal del mar del Coral podría haber tenido lugar el 6 de mayo. Pero ese día Takagi ordenó, inexplicablemente, un reconocimiento de poco alcance, y en aquel momento perdió la posibilidad de interceptar a Fletcher mientras estaba abasteciéndose de combustible en pleno día. Un avión de reconocimiento japonés de la base de Rabaul fue el único que informó respecto a la exacta posición de Fletcher; pero Takagi recibió este informe al día siguiente. En determinado momento se encontró, sin saberlo, a sólo 70 millas de la 17ª. Task Force.

Aviones torpederos norteamericanos atacan el Shokaku, el 8 de mayo de 1942.

Sin embargo, el 6 de mayo, los americanos avistaron algunas unidades de la formación japonesa. A las 10,30 horas varios aparatos procedentes de las bases australianas, localizaron y bombardearon al Shoho, del grupo de cobertura de Goto, al sur de Boungainville, pero las bombas no alcanzaron su objetivo. Otros aviones aliados avistaron nuevamente a los buques de Goto hacia el mediodía; después, navegando hacia el Sur, localizaron en las proximidades del canal Jomard al grupo de invasión de Port Moresby. Inouye que calculaba que Fletcher se encontraba a unas 500 millas al sudoeste y esperaba su ataque al día siguiente, ordenó la prosecución de la operación según los planes previstos. A medianoche, los buques que transportaban las fuerzas de invasión estaban en las proximidades de la isla de Misima, prontos a lanzarse por el canal Jormard. Marushige destacó al portahidroaviones Kamikawa Maru a Deboyne, retirándose luego al Noroeste. Goto, que protegía el flanco izquierdo del grupo de invasión, también se encontraba a unas 90 millas al noroeste de la isla. Los japoneses se sentían optimistas, porque todo se desarrollaba según sus planes y porque, además aquel día habían recibido la noticia de la caída de las Filipinas, con la rendición de las tropas americanas en Corregidor.

Momento en que un avión kamikaze alcanza el costado del USS Lexington.

La batalla propiamente dicha comenzó al día siguiente. Takagi, siguiendo el consejo de Hara, hizo despegar sus aparatos de reconocimiento a las 6:00 horas, pero «la decisión -como admitieron después los mismos japoneses- fue poco feliz». A las 7:30 horas uno de los aparatos comunicó haber avistado un portaaviones y un crucero en el límite oriental del sector reconocido, y Hara, aceptando como buena la  información, acortó distancias y ordenó un ataque general de los bombarderos y de los aviones torpederos. Pero, en realidad, los buques avistados eran el Neosho, buque de apoyo, y el destructor Sims, que se habían separado de la formación antes de iniciarse la batalla. El Sims, alcanzado por tres bombas de 250 kilos, dos de las cuales estallaron en la sala de máquinas, escoró y se hundió en pocos minutos, pereciendo 379 hombres. Mientras tanto, otros 20 bombarderos en picado atacaban al Neosho alcanzándolo con siete bombas. El sacrificio de estos dos buques no fue inútil, pues si la acción no hubiese obligado a Hara a modificar sus planes, los japoneses habrían podido descubrir y atacar a Fletcher el 7 de mayo.
Pero la fortuna decidió sonreir a la escuadra norteamericana. A las 6:45 horas, cuando se encontraba a poco más de 120 millas al sur de Rossel, ordenó al grupo de apoyo de Crace que se dirigiera al noroeste para atacar el grupo de invasión de Port Moresby, mientras el resto de la 17ª. Task Force se dirigía hacia el norte. Evidentemente, Fletcher, que esperaba un encuentro con los aparatos de los portaaviones de Takagi, quería  impedir la invasión, sin preocuparse de su propia suerte; ahora bien, destacando a Crace, no cabía duda de que debilitaba su cobertura antiaérea. Las consecuencias de este movimiento podían haber sido fatales si los japoneses no hubieran cometido otro grave error, concentrando las formaciones aéreas de tierra contra los buques de Crace, en lugar de hacerlo contra los de Fletcher. A las 8:10 horas un hidroavión japonés avistó el grupo de apoyo, y a las 13:58 horas, cuando los navíos de Crace se encontraban al sur del canal de Jomard, 11 bombarderos monomotores los atacaron, aunque sin éxito.

Inmediatamente después aparecieron 12 aviones tipo Sally (aviones de la Marina de base en tierra), que se aproximaron a baja cota y lanzaron ocho torpedos, que los buques lograron evitar maniobrando con asombrosa rapidez y derribando al mismo tiempo cinco aviones enemigos. Más tarde, 19 bombarderos japoneses, que atacaron desde una cota entre 4500 y 6000 m, repitieron el intento; pero una vez más los buques salieron indemnes. Antes de la noche Crace se libró de un cuarto ataque, esta vez de los B-26 norteamericanos, que habían tomado su formación por una enemiga. A medianoche se encontraba a 120 millas al sur del extremo meridional de Nueva Guinea, y más tarde, al saber que el grupo de invasión se había retirado, invirtió su rumbo y se dirigió hacia el sur.
Mientras, los aviones de Takagi bombardeaban al Neosho y al Sims, el portaaviones Shoho, del grupo de cobertura de Goto, se había deslizado a barlovento, al sudeste, para lanzar cuatro aparatos de reconocimiento y enviar otros en apoyo del grupo de invasión. A las 8:30 horas, Goto, que conocía ya la posición exacta de Fletcher, ordenó al Shoho que se preparase para el ataque. Mientras tanto otros aviones acababan de avistar, más al oeste, a los buques de Crace. El almirante Inouye, al recibir estos informes, se preocupó por la seguridad del grupo de invasión, y a las 9:00 horas le ordenó que se alejase de la desembocadura del canal de Jomard y se pusiera a salvo hasta que Fletcher y Crace fuesen neutralizados.
Pero lo cierto fue que los transportes japoneses ya no lograron adentrarse en el canal de Jomard ni entonces ni después.

El USS Lexington ardiendo por completo: ya estaba herido de muerte y poco después de tomarse esta imagen, se iría a pique.

El día siguiente, 5 de mayo, transcurrió tranquilo para ambos contendientes. Fletcher, ya reunido con Fitch y con Crace, empleó la mayor parte del día en abastecerse de combustible del Neosho, a una distancia de señal óptica de los otros dos almirantes y manteniéndose en ruta hacia el sudeste. 
 
Por otro lado, la formación japonesa estaba entrando en el mar del Coral. Hacia las 19:00 horas, la Escuadra del almirante Takagi, que se dirigía hacia el Sur, dobló San Cristóbal, viró luego al oeste pasó al norte de la isla de Rennell y al alba del 6 de mayo se encontraba ya en el mar del Coral. El grupo de invasión de Port Moresby y el grupo de apoyo de Marushige se dirigían hacia el sur, al canal Jomard, mientras el grupo de cobertura del almirante Goto repostaba combustible al sur de Bougainville.
El día 5, el grueso de los aviones japoneses lanzaba un ataque contra Port Moresby. El 6 de mayo aumentó la tensión, pues tanto Fletcher como lnouye intuían que el encuentro era inevitable y que se produciría inmediatamente. El comandante americano decidió que había llegado el momento de dar curso a la orden de operaciones del 1 de mayo y, en consecuencia, modificó la disposición de sus unidades para la batalla. Con los cruceros pesados Minneapolis, New Orleans, Chester y Portland, el crucero ligero Astoria y los destructores Phelps, Dewey, Farragut, Aylwin y Monagham, constituyó una formación de ataque al mando del contraalmirante Kinkaid; los cruceros pesados Australia, Hobart y Chicago, en unión de los destructores Perkins y Walke, constituyeron la formación de apoyo de Crace; el grupo que durante las operaciones aéreas actuaría al mando táctico de Fitch comprendía los portaaviones Yorktown y Lexington y los destructores Morris, Anderson, Hammann y Russell.