周林考虑到日军在菲律宾地区建有大批机场，其航空兵对登陆部队威胁较大，战役的胜负取决于制空权，因此决定以三艘航母尽最大可能压制日军的航空兵。
10月6日，海军军长亲自率领三艘航母分别从阿德米勒群岛和乌利西基地启程，10月7日在乌利西以西约375海里处与支援帛琉群岛作战的军舰会合，共计航母5艘、战列舰6艘、巡洋舰17艘、驱逐舰58艘，舰载机约800架。
10月10日到达琉球群岛附近海域，随即出动舰载机1396架次对琉球群岛日军的基舰和港口设施实施重点攻击。共击毁日机45架，击沉日军军舰22艘、运输船4艘。周家军仅损失飞机21架。
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