Bản đồ trận biển San Hô, 3–9 tháng 5 năm 1942. Cuộc đổ bộ của quân Nhật lên Tulagi và cuộc không kích của Yorktown được mô tả ở phần trên cùng bên phải bản đồ.

Ngày 2 tháng 5, nhân viên trạm quan sát bờ biển Jack Read tại Bougainville báo cáo rằng anh trông thấy một số lượng lớn các tàu chiến Nhật mà anh tin rằng là một phần của lực lượng đổ bộ Tulagi, đã rời Buka. Cũng trong ngày hôm ấy, một nhân viên quan sát khác là D. G. Kennedy tại New Georgia cũng trông thấy và báo cáo một số lượng lớn các tàu chiến Nhật đang tiến về phía nam quần đảo Solomon.[20][c] Goode và Peagam đoán trước quân Nhật sẽ tấn công bằng một số lượng áp đảo nên đã cho tiến hành rút lui theo kế hoạch đã định trước và bắt đầu phá hủy các trang thiết bị tại Tulagi và Gavutu-Tanambogo. Số lính Úc trên đảo di tản bằng hai chiếc thuyền nhỏ vào sáng ngày 3 tháng 5 để đến Vila, New Hebrides, ngay trước khi đoàn chiến hạm của Shima tiến vào eo biển Savo để chuẩn bị đổ bộ lên Tulagi. Chiếc thuyền chở những nhân viên của Không quân Hoàng gia Úc đã ở một ngày cùng với những nhân viên quan sát bờ biển và sĩ quan bảo hộ khu vực của Martin Clemens tại Aola, Guadalcanal trước khi đi tiếp vào đêm hôm đó.[13][21]

Yểm trợ cho cuộc đổ bộ của quân Nhật còn có các thủy phi cơ từ tàu Kamikawa Maru, lúc đó đang ở tại vịnh Thousand Ships, Santa Isabel.[22][d] Khoảng 400 lính đổ bộ hải quân, chủ yếu là từ Lực lượng Đổ bộ Đặc biệt Hải quân số 3 Kure, xuống bờ bằng xà lan và ngay lập tức bắt đầu xây dựng các cơ sở vật chất tại Tulagi và Gavutu-Tanambogo. Máy bay từ hàng không mẫu hạm Shōhō yểm trợ cuộc đổ bộ cho đến đầu chiều, khi lực lượng của Gotō trở về Bougainville để bổ sung nhiên liệu chuẩn bị tiếp cho cuộc đổ lên cảng Moresby.[23][e] Khi quân Nhật đã lên bờ, sáu thủy phi cơ đến hạ cánh tại Tulagi như một phần của kế hoạch xây dựng tại đây một căn cứ thủy phi cơ.[24]

Lúc 17 giờ ngày 3 tháng 5, Fletcher được thông báo rằng lực lượng quân Nhật đổ bộ lên Tulagi đã bị phát hiện một ngày trước khi tiến vào phía nam quần đảo Solomon.[25][f] Không thể liên lạc được với lực lượng đặc nhiệm của Lexington vì cần phải duy trì sự im lặng vô tuyến, lực lượng đặc nhiệm của Yorktown đã tự mình tiến đến Guadalcanal để có thể tấn công quân Nhật tại Tulagi vào sáng hôm sau.[26][g]

Kōei Maru (ở giữa) đang bị các máy bay của hàng không mẫu hạm Yorktown tấn công tại cảng Tulagi.

7 giờ 1 phút sáng ngày 4 tháng 5, Yorktown cho tiến hành đợt không kích đầu tiên bao gồm 12 máy bay phóng ngư lôi TBD Devastator và 28 máy bay ném bom bổ nhào SBD Dauntless từ vị trí khoảng 160 km (99 dặm) phía nam Guadalcanal. Các máy bay này bắt đầu tấn công vào các chiến hạm của Shima đang neo tại Tulagi lúc 8 giờ 50 một cách bất ngờ.[27] Okinoshima và hai khu trục hạm được bố trí để tạo một vòng bảo vệ cho Azumasan Maru và Kōei Maru đang đưa lính và khí tài lên bờ. Ngoài ra còn ba chiếc tàu quét mìn đang trên đường đến cảng Moresby nhưng vẫn còn gần Tulagi. Mặc dù các phi công Mỹ trong đợt không kích đầu tiên khẳng định đã ném trúng nhiều bom và ngư lôi xuống những chiến hạm đang neo đậu, thực ra họ chỉ đánh trúng chiếc Okinoshima gây ra một ít thiệt hại và chiếc Kikuzuki với thiệt hại nặng. Chiếc Kikuzuki, với sự trợ giúp của một tàu săn ngầm, đã được đưa lên bờ tại Gavutu để tránh bị chìm. Trong thời gian đó, toàn bộ các tàu đang neo đậu đã thả neo và tìm cách thoát ra khỏi hải cảng. Một máy bay ném bom bổ nhào Hoa Kỳ đã tiêu diệt một thủy phi cơ Mitsubishi F1M2 đang tìm cách cất cánh trong cuộc tấn công.[28][29]

Những chiếc máy bay phóng ngư lôi TBD Devastator của Yorktown đang trở về sau khi không kích các tàu Nhật tại cảng Tulagi.

Đợt không kích thứ hai của Yorktown, với cùng loại máy bay như đợt đầu, bắt đầu vào lúc 12 giờ 10 phút. Các tàu chiến Nhật giờ đây đã khởi động đầy nồi hơi và cố gắng chạy khỏi hải cảng Tulagi. Đợt không kích thứ hai này đã đánh chìm hai tàu quét mìn #1 và #2 cũng như gây thiệt hại nặng cho chiếc Tama Maru phía tây bắc đảo Savo. Một thủy phi cơ khác của Nhật bị máy bay ném bom bổ nhào Mỹ bắn hạ. Sau khi bốn chiếc chiến đấu cơ F4F Wildcat xuất phát từ chiếc Yorktown tham gia vào đợt không kích, chúng đã bắn hạ thêm hai thủy phi cơ khác của Nhật trên không phận đảo Florida. Bốn chiến đấu cơ này sau đó bay đến ném bom chiếc Yūzuki, giết chết hạm trưởng chiếc tàu này và 9 thủy thủ đoàn khác cũng như gây thiệt hại cho tàu. Hai hoặc ba thủy phi cơ Nhật khác đã bị phá hủy tại cảng Tulagi và toàn bộ phi hành đoàn bị giết chết.[28][30][31][32]

Đợt không kích thứ ba, không bằng hai đợt trước diễn ra vào lúc 15 giờ 30 và gây thiệt hại cho hai chiếc Azumasan Maru và Okinoshima. Một chiếc TBD trong đợt không kích này đã bị lạc đội hình và sau đó cạn nhiên liệu nên đành phải đáp xuống biển ở vị trí khoảng 60 km (37 dặm) phía nam Guadalcanal. Hai chiến đấu cơ Wildcat trong đợt không kích thứ hai cũng hết nhiên liệu và phải đáp xuống bờ biển phía nam Guadalcanal. Fletcher đã điều hai khu trục hạm USS Hammann và USS Perkins đến để giải cứu phi hành đoàn của ba chiếc máy bay trên. Hammann đã vớt được phi công của hai chiếc chiến đấu cơ trong khi Perkins lại không tìm thấy phi hành đoàn của chiếc TBD. Hai chiếc khu trục hạm này trở về lại lực lượng đặc nhiệm của Yorktown đêm hôm đó để nạp nhiên liệu và tiến về phía đông nam để gặp chiếc Lexington ngày hôm sau.[33]