良好的願望替代不了殘酷的事實，9月2日，也就是尼米茨率領TF48艦隊歷經千辛萬苦終於率部隊進入珀斯陸航800公里防空圈內時，冢原二四三率領聯合艦隊主力展開對聖誕島的進攻。
形似一把斧子的聖誕島有兩個機場，一處位於斧刃處，一處位於斧柄處，直線間距30公里，都位於海岸線3公里範圍內。冢原沒像美軍那樣預計得那樣兵分兩處夾擊，他率領艦隊在雷克斯灣居中策應，左右翼同步炮擊，整體發揮協調優勢。
論炮術，沒有雷達的話，美國海軍給聯合艦隊提鞋都不配，冢原是航空戰專家，他從航空戰視野來看炮戰。居中炮擊、左右兩翼略微分散的最大優勢就在於航空兵力和防空陣型可集約使用。由於日軍是夜間抵近炮擊，雖然美國人做了疏散，但三式彈威力依然非同小可，報銷了三分之一美軍飛機。
聖誕島上那200多架飛機只有100多發揮了效能，但島上海航的近距離攻擊和特納提出的穿梭轟炸依然給聯合艦隊造成了不小的麻煩和損失：
炮擊編隊中，能代號輕巡洋艦、最上號重巡洋艦被炸彈命中沉沒——在堀悌吉的堅持下，中途島戰役中受傷的最上號最後按重巡洋艦進行了修復而沒像歷史上那樣改為不倫不類的航空巡洋艦，不過依舊改變不了被擊沉的結局。
妙高、羽黑兩艘重巡洋艦被命中1000磅重炸彈，一個艦艏受創，一個損失一座炮塔，但無致命威脅；
大和、武藏、信濃三艘超級戰列艦是美軍的眼中釘，遭受多架飛機圍攻，分別吃到1-2枚炸彈，均無大礙。
美軍還出動了40多架掛載魚雷的BTD和部分戰鬥機配合珍珠港主力陸航去進攻在遠處提供支援的日本航母編隊，倒不是說美軍原來不想攻擊航母編隊，實在是因為沒有戰鬥機護航導致損失太大而專註於攻擊油輪，這次作戰至少有P-51可用，情況好轉，為陸航重型轟炸機編隊提供了更多進攻機會。
奈何連續損失熟練飛行員後，陸航人手緊缺的窘迫一覽無遺，在日軍竭力攔截下，突破重圍的美軍飛機一共投下1100餘顆1000磅、2000磅重的炸彈，但命中率低得慘不忍睹，連1%都沒到（一般水平轟炸能達到2%以上，精英飛行員能達3-4%），直接命中的只有10顆。
這10顆直接命中的戰果倒很可觀：
沖鷹號護航航母被命中1000磅、2000磅炸彈各1顆，直接沉沒；
在打劫援蘇物資、武藏破交中屢有斬獲的大鷹號護航航母先是被命中1000磅重的炸彈1顆而重創，還沒來得及脫離戰場，又被命中魚雷一條而沉沒；
名取號、那珂號輕巡洋艦各中1顆2000磅炸彈，沉沒；
旗艦大鳳號中1000磅炸彈一顆，硬扛後無殊；
雄野號重巡洋艦先替大鳳號扛了一條魚雷，進水後速度大減，美軍一看有機可乘，又連續命中其1000磅炸彈2顆，最終掙扎著沉沒。
該艦沉沒後，大鳳號左翼露出較多空檔，西村祥治立即指揮鈴谷號補上，美軍意識到炸彈對大鳳號這種裝甲航母沒什麼用，瘋了一般用魚雷去對付大鳳，結果貼身保護的鈴谷號運氣同樣糟糕，只能充當肉墊，硬生生替大鳳號抗下1條魚雷，接著又被一顆2000磅重的炸彈炸沉。
至此，最上級4艘重巡洋艦和古鷹\青葉級4艦一樣全部葬身在美軍之手，看著為保護自己而連續倒下的重巡洋艦，坐鎮大鳳號的角田覺治氣得差點沒把鋼牙咬碎，在投彈完成的B-17和B-29們退走後，角田命令部分戰鬥機再次升空追擊，硬生生又拼掉美軍陸航16架沒有戰鬥機掩護的轟炸機。
最後被炸彈命中的是貝亞恩號航母，這艘改建後的艦隊航母在所有正規航母中速度最慢，所以1000磅炸彈找上了他，猛烈爆炸後該艦速度大降，轉向規避困難，但還能挽救，可惜3分鐘之後又被命中1顆2000磅炸彈，動力全失，漂在水面上無法掙扎，全艦被大火和硝煙籠罩，最後該艦在神社出身的大佐艦長指揮下宣告棄艦，艦長拒絕部下讓其逃生的勸告，以微笑著祈禱的姿勢與艦同沉。
這是聯合艦隊發動第二種中途島戰役以來損失的第1艘正規航母。
9月2-3日連續兩天激戰下來，日軍艦艇損失慘重，美軍陸海航損失同樣慘烈——聖誕島上140來架海航飛機全部報銷，珍珠港陸海航損失了367架B-17或B-29，額外損失了64架P-51。
在攔截作戰中，日軍損失了43架戰鬥機，又在對地攻擊中損失了36架攻擊機，加上前一階段作戰損失，已累計損失了138架作戰飛機（飛行員半數獲救），飛機損失率超過了22%。但由於已損失了1艘正規航母和多艘護航航母，可容納的艦載機位置也大大減小，擁有5艘艦隊航母的機動艦隊基本滿編。
9月4日，栗林忠道指揮近衛第二師團展開登陸戰，在連續轟炸、炮擊後，聖誕島上美軍抵抗意志大為削弱，再加上飛機場被日軍摧毀後珍珠港增援飛機已無航空力量，傷痕纍纍的陸海航也無法再發動大規模持續作戰，日軍佔據了壓倒優勢。這樣一來，角田所在的機動艦隊便能稍微喘口氣。
「在聖誕島空戰中，我們付出了極大犧牲，也取得了不錯的戰績。」看著憂心忡忡的杜魯門，特納彙報道，「我軍擊沉了3艘日本航母，打下了對方100多架飛機，還擊沉了敵人6-7艘巡洋艦，3-4艘貨輪，6-8艘登陸艇和至少4艘驅逐艦，加上在前一階段激戰中摧毀對手至少7艘油輪和18萬噸船舶的成績……這兩周我們累計消滅了日軍近40萬噸船舶。照這個消耗速度，在聯合艦隊把血流干之前，他們沒機會佔領夏威夷。」
「你認為日本還能堅持消耗多久？」
「支持到10月底或許是可行的。」特納嘆了口氣，雖然日軍被擊沉多艘油輪，但他們手上至少還有20條油輪，而且沉沒一批軍艦、擊落一批飛機後，對燃油消耗也在無形中下降了。
「聽說日本人在四處搜刮油輪。」多諾萬補充道。
杜魯門眼前一亮：「日本人難以為繼了？」
「不太清楚，但搜刮油輪確有其事。」多諾萬彙報了他所得到的全部消息：
9天前，日本控制的南京政府將手中4艘油輪全部交給日本方面，合計載重2.7萬噸；
8天前，日本向義大利、德國分別發出照會，希望購買油輪，而且不用德國最好的1.5萬噸或2.5萬噸級軍用油輪，7000-1萬噸的民用油輪即可；
7天前，日本和重慶政府達成協議，用軍火、燃油為條件，與重慶方面交易3艘油輪，合計載重2.1萬噸；
4天前，英國方面傳出消息，日本希望英國能將其應該交付的船舶噸位全部折算為油輪，原本120萬噸中油輪只佔四分之一，日本提出如交付油輪現貨，可用1噸油輪沖抵3噸普通貨輪噸位，英國人考慮將美國原先援助的T2型油輪折抵出去；
3天前，布爾什維克方面傳出消息，日本提出用糧食或其他生活物資向斯大林購買6條油輪，俄國人似乎同意了！
「混蛋，必須阻止中國人、英國人、俄國人向日本出賣油輪！向他們發出照會和強烈抗議。」
「可能沒用。」
「不管有沒有用，必須讓他們知道我們的決心！」杜魯門拍著桌子道，「這場油輪消耗戰是我們與日本人戰鬥到底的憑仗，我不管他們有多少理由，誰給日本油輪誰就是美國的敵人。」
「斯大林同志，美國人發出抗議，請求我們不要向日本出賣油輪。」
「抗議？」斯大林眉頭一揚，「美國人史迪威從我們這借道走美國政府還沒給補償呢，他們憑什麼抗議？日本人好歹用蘇維埃最急需的糧食和生活物資換油輪的，美國人給什麼了？」
「那……」
「赫魯曉夫同志，你說說看，要不要聽美國人的建議？」
「當然不能。」赫魯曉夫昂著頭道，「日本有了油輪，就能在太平洋上和美國人繼續耗下去，進攻我們的可能性就越小，對蘇維埃的軍事壓力就越小，為什麼不讓他們接著打？」
「你看，莫洛托夫同志，赫魯曉夫同志辯證法學得很不錯。」斯大林大手一揮，「給日本人油輪，給他們8條！挑差的給，反正日本人現在顧不上計較這些。」
幾乎在同一時間，重慶也有人在罵：「娘希匹，美國人欺人太甚，他們支持共產黨打內戰不說，還對我們指手畫腳，史迪威剛剛滾蛋，魏德邁也不是好東西，不要理他。照賣！反正我不知道！這是民用船舶嘛，政府怎麼可以干涉？」
看到照會的黑貓笑了笑：「不讓賣也行，差額部分讓美國人把自由輪開過來沖抵……不肯？那我憑什麼要答應？這他媽是巴基斯坦的贖金！能少付一點是一點。」