紧随“英俊战士”机群的是爱德华.拉纳少校指挥的第 90 攻击机中队的 12 架 B-25 重装攻舰型。在他们上方飞行的则是未改装过的 13 架普通 B-25 机群，在 2,000 到 3,000 英尺的中空实施水平轰炸。估计是日军观察员将“英俊战士”与 B-25 的机群和早些时候来袭的“波弗特”鱼雷攻击机搞混了，日军船只纷纷按照规避鱼雷的标准行动模式，调转船头笔直驶向机群来袭的方向。这种规避方式对规避鱼雷也许有效，但却让盟军攻击机飞行员们乐开了花，转瞬间 B-25 正向射击的 10 挺.50 英寸机关枪组成的暴风就笔直的从船头扫到船尾。B-25 开火时，机头机枪冒出的巨大火焰让很多日本防空炮手以为 B-25 的机头被击中燃烧，但他们的炮位立刻就被这些“燃烧”的飞机打哑。而且，B-25 的武器远不止这些。随着弹舱的打开，一枚枚 500 磅炸弹落下，在水面上蹦跳着弹向日军船只的船身，充分显示了第5航空队刻苦训练“跳弹攻击”的成果。一名“英俊战士”攻舰型的飞行员回忆了一个有趣的景象，当时他的飞机在俯冲攻击时，和一枚在水面上朝向同一攻击目标弹跳的 500 磅炸弹组成了一个小小的编队。B-25 一共投掷了 37 枚 500 磅炸弹，其中 17 枚命中目标。第 5 航空队的 20 架 A-20 机群则投掷了 20 枚 500 磅炸弹，命中 11 枚。高空的 B-17 机群则报告命中 5 发，但未能验证。当盟国低空攻击机群投掷完炸弹重新爬升时，经过的海面上只留下一堆残骸和碎片，以及几艘漂浮和燃烧着的船只。
一名 B-25 观察员摄下的日本运输船被击中的情景
在高空，日军掩护战斗机群和盟国 28 架 P-38 之间爆发了同样激烈的战斗。曾击落日本王牌飞行员 Satoshi Yoshino（yashino 飞行准尉被击落前确认战果为 15 架）的 P-38 飞行员 C.L.“杰克”.琼斯中尉，回忆了当时的情景：
“俾斯麦海之战的特别之处在于，这是一场‘在海上交战，由空中决胜的地面战役’。我所属的第 39 飞行中队的 P-38 担任轰炸机群和攻击机群的护航任务，情报部门估计我们的对手将是日本掩护运输船队的约 40 架海航零式和约 60 架日本陆航战斗机。海航零式负责上午的空中掩护，而陆航战斗机则在下午来接替它们。”
“3 月 2 日白天，天气极为恶劣，我们的交战机会也不多。但幸运的是，借着厚厚的云层掩护，我带着我的小队发现并悄悄接近了 3 架日本陆航战斗机。我迅速偏转机头 90°，用一个长长的点射扫过日军飞行小队的长机，我的子弹和炮弹击中这架战斗机座舱前的引擎，在引擎冒出的浓烈黑烟中，这架飞机摇晃着栽下去，坠毁在丛林中。剩余两架日本战斗机飞速的逃到云层中消失，让我们极为扫兴。”
“3 月 3 日是我毕生难忘的日子。那天天气好转，我们与日本海航的零式全面交战。我仍然记得，海面上日本舰船乱作一团，躲避我们低空进袭的轰炸机群，熊熊燃烧的日本船只冒着浓密的黑烟的情景。在高空，我们激烈战斗着，我瞄准了 12 点方位的一架零式，当这架零式试图在我面前右转抢占 6 点方位时，我用一次长点射就打烂它一大块机身。也许这次射击击中了飞行员或者飞行操纵系统，它立刻一头垂直栽下去，拖着一道淡淡的黑烟。我的其他战友们此时也在和零式激烈的缠斗着。我们很好的完成了分配的任务，让日本战斗机分身乏术，无法攻击我们的轰炸机群。”
一名飞行员视野里的日本运输船
盟国在空战中损失了 1 架 B-17 和 3 架 P-38，那架 B-17 的机长伍德罗.摩尔中尉在机翼油箱被引燃后，尽力操纵飞机离开盟军编队向下俯冲，将炸弹全数投在海面上。当飞机因为持续的燃烧和爆炸解体时，11 名机组成员中有 7 人及时跳伞。但是，这些挂在降落伞上的机组成员们立刻遭到了日军战斗机的机枪扫射。战斗中被击落的日军零战数目则说法不一，从 6 架到 20 架皆有，但根据战况 6 到 10 架是一个合理的数字。战斗中盟国共有 8 名空勤人员负伤，13 名空勤人员阵亡，其中 3 人因事故而丧生，飞机共损失 6 架。
这时，整个日军船队陷入了一片火海中。15 艘舰船中只有一艘驱逐舰（雪风号）未被击中，而所有燃烧着的运输船此时不是在下沉就是在持续爆炸，船上的日军士兵争先恐后的跳进海里逃生。盟军的空袭持续了整个上午和下午，中间只有机群返回基地进行加油挂弹的短暂停歇。到当日黄昏，全部运输船共 8 艘，以及 8 艘驱逐舰中的荒潮号，白雪号和时津风号重伤沉没或者即将沉没。还有一艘驱逐舰朝潮号负伤，但仍能在海面低速航行。其它 4 艘日军驱逐舰尽量捞起了尽可能多的幸存者后，在盟军下一波空袭来临前匆匆向北撤退回腊包尔。
被击中的日本运输船熊熊燃烧
在盟国陆基航空兵进行着激烈战斗时，驻守在米尔恩湾和土非的美国海军也在策划着晚些时候 PT 鱼雷艇群的攻击行动，第 7 舰队的 10 艘 PT 艇于 3 月 3 日夜到 3 月 4 日凌晨间抵达战场。两艘 PT 艇碰触到水面的船只残片受损，不得不先行返航，其他艇赶到战场时只发现一艘被丢弃的日本运输船大井川丸孤零零的在水面漂浮，令美国海军 水手大为扫兴。11 点20′，PT-143 和 PT-150 各发射一枚鱼雷，击沉了大井川丸。
PT 鱼雷艇
第二天，盟国陆基航空兵一鼓作气，发动对莱城的全面空袭。同时打扫战场的第 5 航空队 B-25 机群在海面发现了正在救援荒潮号驱逐舰上幸存者的朝潮号，并轻易将之击沉。随后的几天里，盟国陆基航空兵的飞机联合美国海军的 PT 鱼雷艇群持续在休恩半岛附近的海域来回巡逻，搜索这一带海面上漂浮的日军幸存者和救援船只，并用机载武器和炸弹毫不留情的屠杀他们。对于这一做法很多人认为过于不人道，澳洲历史学者艾伦.史蒂芬斯在著作中写道：