主力機種
•彗星
•天山
•零式艦上戰鬥機
•紫電
馬里亞納海戰
第一機動艦隊的停泊在塔威塔威（Tawi-Tawi）泊地（塔威塔威泊地其實並不適合作為航母艦隊的駐紮，因為塔威塔威泊地無風，並不適合航母上的艦載機進行起降訓練，將此地作為泊地是因為此地距離婆羅洲的油田很近，而當時日本國內已經原油緊缺了），作戰計畫改變。艦載機數量很多、技術較為熟練的第六〇一海軍航空隊，被確定為作戰主力。經過了近一個月的訓練在錨地無風的起降訓練後開始出擊。
6月13日第1機動艦隊，向馬里亞納啟航。在吉馬拉斯島進行供給工作。
6月15日從吉馬拉斯島起航。向菲律賓海的進發。
6月19日
第一次攻擊（7點半左右）：天山27架，彗星53架，零式艦戰鬥機48架起飛，向敵人機動部隊發起攻擊。
8點10分 ：潛水艇大青花魚號被日軍水面艦艇發現而被攻擊，又加上潛艇瞄準鏡故障，其只能盲目送出6枚魚雷同時下潛逃離，其中一枚僥倖擊中旗艦大鳳。
10點53分： 敵人機動部隊的襲擊，美軍航空母艦米契爾號於10分鐘內出動240架飛機。
在艦載機交戰，日軍損失天山24架，彗星41架，零戰4架，僅3、4架飛到第7支隊上空並命中 南達科他號一枚炸彈，沒有一架飛到美國航艦上空。
第二次攻擊（10點左右）：日軍瑞鶴號起飛艦載機天山10架，爆裝零戰型10架，戰鬥機架，出擊。未與敵人交戰。
11點20分 潛水艇棘鰭號闖入日軍艦群。當時翔鶴號航空母艦因為正進行收回飛機的作業，無法機動規避魚雷攻擊，棘鰭號發射的6枚魚雷至少有3枚命中翔鶴號，使翔鶴號立時失去戰力。
14時10分翔鶴號航空母艦沈沒。
14時32分 大鳳發生劇烈爆炸。先前遭魚雷命中的另一艘航空母艦大鳳，油氣自管內外泄，瀰漫了整個航空母艦的艦體，下午三時因為油氣濃度過高，加上艦內人員不慎引起火花，使艦內燃起大火，同時引爆了彈藥庫，使大鳳號腹部接二連三發生大爆炸。使艦隊指揮官小澤不得不放棄自己的旗艦大鳳號，移乘重巡洋艦羽黑離開，但其通訊設施遠不足以擔任旗艦的重要位置。
同日18：28分大鳳號也隨翔鶴號沉沒在菲律賓海。
此時瑞鶴號放出第三波機群47架艦載機進攻，並未順利找到目標，但在返航途中於12時55分與美軍第7支隊接觸，還有一些曾飛到美軍第4支隊上空，但都沒有任何戰果，共7架日機被擊落，是當天日機攻勢中損失最少、戰果也最小的一波。
19日當天戰鬥結束時，戰役結果已大致分曉。小澤艦隊被美國潛艦擊沈兩艘大型航空母艦，派出的326架艦載機中僅130架返回日本航空母艦，加上角田在關島折損的50架及隨大鳳、翔鶴沉沒的飛機，日本總損失315架。美方取得史上最大艦載機空戰的壓倒性勝利，空戰中僅僅損失23架，6架飛機在操作意外中損毀，此外僅有兩艘航艦、兩艘戰鬥艦受到輕微損傷。
20日上午，小澤再移乘其所在的甲隊唯一剩餘的航空母艦瑞鶴，此時由於通訊改善，下午1時小澤終於得知前一天空戰的結果，由於大量艦載機損失，小澤僅剩百餘架飛機可以出擊，即使如此小澤仍打算協同陸基航空隊對美軍再進行一次打擊，小澤正決斷之時，前衛艦隊司令栗田自旗艦愛宕重巡洋艦向小澤通報：美第58特遣艦隊向己方逼近，距離已不到300海里。在攔截敵機時出擊27架艦載機，14架損失。
20日16：15分日軍方面也發現美艦隊
同日 17點25分 甲隊唯一的航空母艦瑞鶴出動7架魚雷機去攻擊
18：40分，美機抵達補給艦隊上空，重創兩艘油輪，兩艦後來都被迫自沉。隨後一心想尋找日本航空母艦的美機群飛到日本艦隊上空，日落前展開匆忙的攻擊。中型航空母艦飛鷹號被一枚魚雷擊中，引發大火，2小時後沉沒，而空母隼鷹、龍鳳、千代田、瑞鶴、戰艦伊勢、重巡摩耶都被炸彈擊傷，其中小澤的旗艦瑞鶴傷勢較重。日本在這波攻擊中又損失65架飛機，美國則損失20架。由於小澤下令各艦自行運動及美國艦載機攻擊過於頻繁，因此這波攻擊成果並不特別出色。
20日晚 20時45分，大批燃料即將耗盡的美機在夜色中回到艦隊上空。雖然米契爾下令整個艦隊不惜冒著被日軍潛艇攻擊的危險打開照明，航空母艦以探照燈直射天空，驅逐艦也發射照明彈。但由於各機油料殆盡，加上200架飛機同時聯絡艦隊所造成的通訊混亂，許多飛行員無視於降落信號燈官的指令爭先恐後地撲向甲板，導致許多混亂與意外。在此回夜間降落中，美機損失80架。諷刺的是，聯合艦隊的全力攻擊只使敵手損失40架飛機，竟不及夜間降落對美軍造成的損失。其中49名飛行員在夜間降落中喪命（仍比日本艦隊攻擊與空戰的損失的27人多）。
6月21日第一機動艦隊逃跑。第二天中城灣返回。
硫磺島攻擊和關東防空
•昭和20年（1945年）
2月14日 香取飛行場下令出擊。
2月16日 関東的敵機動部隊艦載機襲來。六零一航空隊出擊迎擊。
2月20日 硫黃島特攻下令，從八丈島飛行場出擊。
2月21日 5波攻擊隊出擊。擊沉美軍護衛空母、空母各一艘。
3月中 百里飛行場重建開始。
3月28日 関東防空由留守部隊六零一空繼承。
沖繩島戰役
參與沖繩島戰役三次菊水作戰。
4月3日 發動對艦攻擊。戰鬥機40架出擊，彗星艦爆機19架出撃，損失32架。
4月6日 「菊水一號作戦」発動、戰鬥機22架・彗星13架出撃、損失15架。
4月7日 戰鬥機28架・彗星11架出撃、戰鬥機10架損失，彗星全部損失。
4月11日 「菊水二號作戦」支援。出擊27架戰鬥機。
4月15日 「菊水三號作戦」僅出擊4架戰鬥機。
重建工作
第六〇一海軍航空隊重建的是昭和19年年底完成的計畫，重建5個飛行隊
解散
馬里亞納海戰後主要參與本土防空。
5月29日敵機偷襲，60架飛機迎擊。
6月23日敵機偷襲，45架飛機迎擊。
六月下旬第三個航空中隊被併入601空。
7月8日敵人的入侵，80架飛機迎擊。
最後出擊8月15日。
由於保存的飛機已經成為日本本土防空的主力，飛機數量、飛行員數量和燃料都已不足。戰爭結束後第六〇一海軍航空隊解散。
歷代司令
入佐俊家 中佐：昭和19年2月15日 - 昭和19年6月19日戦死
鈴木正一：昭和19年7月10日 -
杉山利一：昭和20年2月15日 - 戦後解隊
