事实上，他们的信心确实被再度验证。1月中，再度组织的运输船队在突破盟军的空中拦截后，将第20步兵师团主力约10,000余人运抵新几内亚，增援在巴布亚半岛东北海岸韦瓦克（Wewak）作战的日军。2月中旬后，第41步兵师团一部也被运抵韦瓦克。对于日军而言，这些成功的经验证明，经过周密策划和组织护航的运输船队，完全能够突破盟军的拦截。对此时新几内亚苦战的日军而言这无疑非常重要，他们已经被澳大利亚陆军和美军打的一路节节败退，急需增援的兵力和物资。当日军退守莱城和萨拉莫亚周围的防线后，这一需求进一步增强。在这样的战场形势下，新几内亚战役的转折点——俾斯麦海之战揭开了序幕。

位于腊包尔基地的日军第18军司令部决定继续向莱城和萨拉莫亚的守军运输增援兵力和物资，包括第51师团的 6,900 名士兵和大量燃油，弹药，武器，补给等，这支船队将于2月末完成出发准备。对于此时莱城的3,500名日本守军而言，这支增援力量和随船物资将极大的增强他们的实力。与此同时，肯尼将军判断，日军将再度组织一支运输船队，从新不列颠的腊包尔向新几内亚运送增援力量。第5航空队的空中侦察显示，大量船只集结在腊包尔港口，同时新不列颠南部盖斯马塔（Gasmata）机场上的日军航空兵也在进行出战准备。2月19日，盟国无线电情报部门报告，这支船队将于3月初起航。破译的无线电情报和频繁的空中侦察让第5航空队随时掌握日军船队的动向，澳大利亚皇家空军指挥官威廉姆.H.“公牛”加伦，则敏锐的捕捉到了其中的机会，建议肯尼将军集中盟军陆基航空兵力，对日军运输船队发动大规模的空袭。

乔治·丘吉尔·肯尼将军完全赞成他的提议，并下令第5航空队于2月下旬起大量增加俾斯麦海域的侦察飞行。同时，他下令手中的主要航空攻击兵力，尤其是 P-38“闪电”双发战斗机和改装过的B-25攻舰型，飞越高耸的欧文.斯坦利山脉转场至新几内亚东海岸的机场，以避开变幻无常的高海拔气候影响。肯尼同样延迟了对腊包尔的空袭，保证手中的航空攻击兵力在作战前夕齐装满员的状态。对盟军参谋们而言，筹划详细的作战计划并不是一件容易的事情，必须将盟国航空兵不同的机种合理的安排好次序和位置，包括美国陆航的B-17，B-24，B-25，A-20，澳大利亚皇家空军的布里斯托“英俊战士”攻舰型和“波弗特”双发鱼雷攻击机。在加伦的强烈要求下，肯尼命令自己的副手恩尼斯.C.怀特海德准将组织航空兵进行大规模的针对性训练。在莫尔兹比港外nateara暗礁上搁浅的废弃船只“普鲁特”号成为盟军飞行员训练用的靶舰，由于采用实弹和高强度训练的危险性，两架飞机被他们在低空投下的炸弹炸伤，另一架在低空俯冲投弹时未能拉起，撞毁在废船的桅杆上。

2月底时，盟军气象部门报告，3月的最初几天里，整个新几内亚北部将笼罩在恶劣天气中，同时南部将天气晴朗。肯尼将军和怀特海德准将在参谋会议上详细讨论了日军运输船队可能的动向，两名经验丰富的将领最后认定，日军一定会在恶劣天气时起航，借助天气来隐藏他们的行踪。在对日军运输船队路线和盟军轰炸机作战半径之间做出比较后，他们决定，最合适的攻击时间和地点将是“3月第一个星期的任何一天早上10点左右……在芬什港（Finschhafen）外海”。

2月28日晚，由8艘运输船和8艘驱逐舰组成的运输船队自腊包尔起航前往莱城。日本海军和陆军的航空兵将为他们提供最大限度的空中掩护，驱逐舰都为防空进行了特别加强，而运输船上的海员都是执行过瓜岛战场运输任务的老兵。他们操作着运输船增设的防空炮位，将作为抵抗盟军空袭的第2道防线。日军将运输船和驱逐舰进行混编，以尽量平均分配防空火力。同时，他们还计划对莫尔兹比港、米尔恩湾、布纳、 瓦乌等地的盟军机场进行压制空袭。事实上，这一计划不但没有实现，莱城机场反倒受到了澳大利亚皇家空军的压制空袭。船队指挥官，木村昌福海军少将对于运输行动的成功极具信心：他拥有来自海上和空中的强大掩护，执行任务的日本海军都是身经百战的老兵，同时天公作美让船队获得恶劣天气的掩护，安全抵达莱城将不会有太多困难。

日军运输船队编制

船队总指挥官：木村昌福海军少将

运输船队指挥官：松本辉秀大佐

护航驱逐舰队

荒潮号，朝潮号，白雪号，时津风号（这四艘全部在俾斯麦海之战中损失）

朝云号，敷波号，浦波号，雪风号（第51步兵师团部分司令部人员，包括中野英光中将搭乘此祥瑞舰，得以幸免）

运输船队

爱洋丸（Aiyo maru ）2,746吨（共有252名船员，装载弹药，补给，油料，并搭载simizu中佐的第8船舶工程联队）Kembu maru 953 吨（装载航空和车辆用油料）

极星丸（Kyokusei maru）5,493吨（装载步兵火炮等重武器，登陆艇和油料，并搭载nishikawa少佐的第 115 步兵联队）

大井川丸（Oigawa maru）6,493吨

竹刀丸（Shinai maru）3,793吨

太明丸（Taimei maru ）2,882吨

帝洋丸（Teiyo maru ）6,869吨（与 1944年8月19日在吕宋外海被美国潜艇击沉的帝洋丸重名？）

野岛丸（Nojima ）4,500吨（一说为8,750吨的野岛（noshima）号，装载船用重油和补给等）

太明丸

自腊包尔起航后，船队借着夜幕的掩护，在狂风和骤雨下向西南航行。昏暗的天色下，狂风掀起的巨浪让船队在波峰和浪尖中时隐时现，骤雨也让海面上的能见度极低，使日军对自己的行踪安全甚为放心。不幸的是，3月1日早晨，一架从莫尔茨比港起飞的美国陆航第90轰炸机大队第321中队的B-24就发现了日军船队在俾斯麦海上的踪迹，并立刻电告莫尔茨比港总部。但是，恶劣的天气影响了随后出动的侦察机对日军船队的追踪，直到3月2日早晨8：15才重新确定日军船队的位置。

此时日军船队的位置仍处于中型轰炸机的作战半径外，因此肯尼将军下令B-17重型轰炸机出动。两波各29架和11架B-17于当日早晨出动轰炸，到当日下午为止，日军运输船极星丸被击沉，运输船帝洋丸和野岛号被击伤，两架试图掩护船队的日军战斗机也被B-17击落。一架B-17被零战击落，跳伞的机组立刻遭到日军战斗机的扫射。一共有约1,500人落水，日本驱逐舰雪风号和朝云号捞起了其中大约950人，并先行离开船队全速驶向莱城。这些落水的日军士兵并没有想到，他们的坏运气将他们从随后的灭顶之灾中拯救出来。第二天破晓前，这两艘驱逐舰在将落水者送到莱城后全速返回了船队。

3月2日夜至3月3日凌晨，日军船队继续航行，未遭大的攻击，只有一架自cairns起飞的澳大利亚皇家空军第11中队的PBY-5“卡特林娜”水上飞机远远追踪着他们，偶尔用携带的小型骚扰船队，并持续将船队的位置发回总部，直到3月3日早晨一架美国陆航的B-17来接替它的任务为止。在穿越新不列颠和洛克岛之间的勇士号海峡进入所罗门海海域后，木村海军少将犯了一个致命的错误：他并没有借着夜幕的掩护全速航向莱城，而是愚蠢的命令船队在黑夜里兜圈子，将预计抵达的时间拖延到了第二天晚间。3月3日早晨，当B-17机群返航后，日军运输船队仍然留在海面上。木村海军少将为何做出这样的决定？ 3月2日白天B-17的攻击，让他感觉到了盟国陆基航空兵的威胁，这一威胁在他看来并不严重，但始终是一个存在的问题；盟军飞机的持续追踪也让他明白，船队的行踪已彻底暴露；如果继续航向莱城，船队将于3月3日早晨抵达，到时将不得不面对盟军对莱城港口强大的昼间空袭，而莱城机场的日军航空兵实力虚弱，无法提供有效的掩护；那么，白天将船队滞留在海面上盖斯马塔机场日军航空兵的掩护半径内，在3月3日夜再于莱城靠岸也许是个不错的选择：新不列颠相对强大的日军陆基航空兵足以掩护船队免受昼间新几内亚盟国陆基航空兵的攻击。

3月3日早晨，数架自米尔恩湾起飞的澳大利亚皇家空军第100中队的“波弗特”鱼雷攻击机发现了日军舰队的踪迹并投入攻击。由于天气恶劣，只有3架成功靠近日军船队并实施攻击。2架“波弗特”鱼雷攻击机于早晨6点25分施放鱼雷，但并未命中；第3架则在早晨7点整进行攻击。由于这架“波弗特”攻击机的鱼雷释放机构失灵，这架飞机用机载武器扫射了一艘运输船的上层建筑，但只造成了轻微的损害。随后，这3架飞机立刻返回米尔恩湾排除故障并加油挂弹，预备加入盟国航空兵对日军船队的全面空袭。 此时，整个地区的盟国陆基航空兵都动员起来。按照第5航空队和澳大利亚皇家空军早已部署的作战安排，从新几内亚东部到澳大利亚东北部所有的盟军机场上，一架架盟国轰炸机，攻击机和战斗机呼啸着升空，前往计划的俾斯麦海战场。澳大利亚皇家空军的A-20攻击机群升空后则转向莱城，继续执行压制当地日军机场的任务。当时参与战斗的许多飞行员回忆，他们升空后见到了“新几内亚自开战以来从未有过的庞大机群”。事实上，这次空袭动用的陆基航空兵数量是当时整个南太平洋地区战斗中最多的一次。

早晨9点30分，第一批空袭机群在守猎岬（cape ward hunt）上空集结完毕。早晨10点整，13架B-17在16架P-38的护航下对日军船队实施中高空水平轰炸。虽然轰炸没有造成任何损伤，但日军舰船在躲避高空落下的炸弹时打乱了船队的防空阵型，为随后的攻击机低空突袭创造了机会。几乎是同一时间，13架澳大利亚皇家空军的“英俊战士”攻舰型从低空直扑日军船队。“英俊战士”攻舰型在机头装备了4门20毫米机关炮，机翼上共有6挺.303机枪，这种飞机被日军惧怕地称为“低语的死神”。紧随它们身后的是第5航空队的B-25机群，两支编队靠的如此之近，以至于交叉在一起。其他的盟军飞机则环绕着日军船队，从各个方向以船队为中心实施向心攻击。日军船队的防空炮位对准“英俊战士”机群猛烈射击，而对澳军飞行员更麻烦的是，此时在他们头顶护航的P-38战斗机群抛掉副油箱开始爬升，预备与担任船队掩护任务的日军战斗机接战。这些落下的副油箱激起巨大的浪花，严重阻碍了低空飞行的“英俊战士”机群飞行员的视线。不过幸运的是，这些澳大利亚飞机没有一架被防空炮火击中，全部顺利突破了外围驱逐舰的防空火力圈，直冲运输船而来。随后，澳军机群爬升至攻击高度，然后对准各自选定的目标运输船实施俯冲攻击。20MM机关炮和6挺.303机枪组成的密集火力横扫了运输船的防空炮位和上层建筑，一艘运输船的甲板货舱当场发生巨大的爆炸，喷射出大团大团的橙色火球。一名搭乘“英俊战士”攻舰型的观察员生动的描绘了当时的情景： “我们快速将敌军的驱逐舰抛在了身后，但他们持续用自己各种口径的高炮向我们射击，小口径速射炮的呯呯声和大口径高炮的咣咣声不绝于耳，可以看到曳光弹组成的火线在我们的飞机周围放射着。一艘运输船被纳入了飞机的视野，它伪装的很好，并有前后桅杆。起初它看上去很模糊，但随着飞机的高速接近越来越清晰。机首机炮开火的巨大震动有如雷鸣一般，震的你双脚发麻，同时可以清楚的看到机枪曳光弹组成的火线投射在船身上。经过短暂的沉寂后，橙色的火球忽然从船身上各处喷涌而出”。

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磅组成了一个小小的编队。B-25一共投掷了37枚500磅，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，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。

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。”

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。

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分，PT-143和PT-150各发射一枚鱼雷，击沉了大井川丸。

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，澳大利亚历史学者艾伦·史蒂芬斯在著作中写道： “这项血腥而且残忍的任务让很多飞行员觉得很难受，但一名澳大利亚皇家空军‘英俊战士’攻舰型的飞行员说：‘我们乐于执行这项工作。在海中每射杀一名日本人，都意味着地面上我们的陆军战友要少面对一个敌人’。” 著名的美国海军历史学者，塞缪尔.埃利奥特.莫里森，在自己的著作中也写道： “这是项残忍的任务，但具有军事上的绝对必要性。日本士兵惯于负隅顽抗而拒不投降，因此，这些日本士兵游到岸上加入莱城守军，将增加地面作战的困难”。

到3月31日为止，终于可以清点战果。盟国陆基航空兵击沉了日军船队16艘舰船中的11艘，8艘运输船无一幸免（美国海军PT艇群击沉的大井川丸计入海军战果）。搭载的第51步兵师团主力遭到灭顶之灾，6,900名士兵中有3,664人丧生。除了被驱逐舰救起的，共有2,427人落水，这些士兵大多在漂往岸边的过程中因为曝晒，饥渴，盟军飞机的扫射和鲨鱼的攻击而死掉，坚持漂到岸边的日军无粮无水，武器早就丢光，只能在被澳军击毙或者饿死之间做出选择。最终能够坚持着漂到岸边并躲过盟军的巡逻，抵达莱城的日军，只有约800人。即使是这些稍微幸运些的人，也多在随后和盟军进行的激烈战斗中丧生。

直到今天为止，俾斯麦海之战仍作为陆基航空兵对海作战的一个重要范例。在军事意义上，俾斯麦海之战标志着新几内亚战役的转折点。如果说米尔恩湾保卫战对新几内亚而言，相当于珊瑚海海战对太平洋战争的意义，那么俾斯麦海之战无疑就是新几内亚的“中途岛”。正如任何一场胜利一样，胜利的原因是由多种因素构成的。日军犯了许多致命的错误：首先，他们严重低估了盟国陆基航空兵的实力，而且没有执行原本的计划，在船队驶入盟国陆基航空兵作战半径时发动空袭压制盟国机场。其次，他们没有为船队提供足够的空中掩护，也没有使用更安全的密码电讯（这点确实没有办法）。最后，木村海军少将犯了最为严重的错误，在遭遇盟军最初的空袭后没有全速驶向莱城，而是滞留在海面上。

他们的对手，盟国航空兵们士气高昂，训练有素，装备精良。第5航空队发明了“跳弹攻击”的对舰攻击战法，并通过刻苦的训练使这一战法行之有效。盟国航空兵的领导者们——肯尼，怀特海德，加伦——坚决贯彻有效使用航空兵力的最佳原则：在最短的时间内投放最大程度的力量。盟军情报部门同样工作出色，航拍侦察，目视侦察和无线电情报破译为作战成功做出了重大贡献。盟国P-38远程护航战斗机在战机性能和战术上同样胜出担任护航的日本海军的零式。即使是1月份并不成功的对海拦截行动，同样为盟国陆基航空兵作战积累了宝贵的经验。因此，俾斯麦海之战的最后结果，并不令人惊异。俾斯麦海之战的胜利大为打击了日军的士气，日军时羽号驱逐舰的舰长羽良为一（tameichi Hara）描述了当时海军中弥漫的低落情绪： “没有比俾斯麦海之战的结果更为令人震惊的事情了。对我而言，我开始怀疑日本最后能否取得胜利。在如此令人沮丧的事件中，我们第一次认识到在强大的敌人面前，我们毫无还手之力”。

俾斯麦海之战两个星期后，日军大本营发布命令，所有南方战区的日军士兵必须学会游泳。这一命令可以被看作俾斯麦海之战造成的影响之一，日军已经认识到，盟国陆基航空兵将在打击日本海上运输线上发挥重要作用，俾斯麦海之战不过是一个前兆。事实上他们料对了，从1943年到1945年日本投降为止，盟国陆基航空兵频繁攻击日本海上运输线并取得大量战果，尤其是在攻击中国沿海活动的日本近岸运输船队上。

战区总司令官麦克阿瑟形容俾斯麦海之战是他的战区内的一次“决定性空中进攻作战”，对此，他特别赞扬了肯尼将军的优异表现，称他指挥的俾斯麦海之战是“一场进行的滴水不漏的歼灭战”。俾斯麦海之战后，腊包尔的日军司令部终止了使用大规模运输船队补给新几内亚日军的做法，改用小规模的运输机群，潜艇，机动驳船，驱逐舰等高速或不易发现的交通工具运送补给。新几内亚的盟国航空兵同样毫不留情的切断了这一努力，拼命靠近海岸的日军补给船只大都成为盟国航空兵的猎物。

1943年夏起，肯尼将军麾下的航空兵展开了对日军在新几内亚最后的基地韦瓦克的一系列空中封锁和空袭行动，为新几内亚日军敲响了最后的丧钟。 到1943年末，俾斯麦海之战预示的情形已经显露无疑：盟国陆基航空兵完全封锁了新几内亚的日军和外界的一切联系和交通。美国陆航和澳大利亚皇家空军在新几内亚作战的胜利，成为往后各国陆基航空兵实施对海作战所借鉴的经典战例。