炮击编队由三艘大型防空巡洋舰，五艘重巡洋舰以及四艘驱逐舰组成。按照谈仁皓的想法，这虽然只是第一特混舰队的一部分战舰而已，但是必须要让岛上的日军意识到，他们遭遇到的是唐帝国主力炮击舰队的打击，因此各种战舰要齐全，而且炮火要猛烈。这样，才能够给日本人造成假想。
“硫黄岛海战”（与日本第一航空舰队战役的称呼，而广义上的“硫黄岛海战”包括了后面的部分）结束后的第五日，舰队转向，朝着硫黄岛南面大概四十五海里处的南硫黄岛杀去。南硫黄岛是火山群岛最南端的一座岛屿，再向南就是马里亚纳群岛了。这是一座有着猛烈的地质活动的岛屿，附近海底有好几座活火山，随时都有可能喷发。原本，这是一座毫无价值的岛屿，可在战争中，南硫黄岛就是硫黄岛的南大门。为了确保硫黄岛的安全，日军在南硫黄岛上部署了一支大概500人的守岛部队。这支部队除了守卫岛屿之外，最重要的职责就是监视附近的海域。
舰队航空兵在上午轰炸了岛上的日军营地，以及一些海岸炮塔，两处防空阵地。随后，炮击舰队在下午就到达了岛屿西面15海里的海面上。三艘“李靖”级大型防空巡洋舰首先开火，接着，五艘重巡洋舰上的主炮也开火了。驱逐舰没有参加炮击，一直在舰队外围巡逻，防止舰队遭到日本潜艇的偷袭。“程知节”号沉没之后，驱逐舰上的官兵也紧张了很多。
炮击的消息传回来之后，谈仁皓就先率领舰队向西面撤退，同时让侦察机部队做好了准备。如果日本联合舰队要南下的话，那也会在夜间南下，而不会在白天南下。因此，要想找到日本联合舰队，那就得依靠水上飞机。
南硫黄岛遭到猛烈轰炸与炮击的消息飞速传递到了山本六十五的手里，而他收到的电报与实际的情况有一点点差别，而正是这一点点差别，最终让山本六十五做出了一个非常重大的决定，一个决定了日本联合舰队，也决定了日本海军命运的决定。
早在“琉球海盆海战”中，山口闻多就向山本六十五汇报，唐帝国第一特混舰队拥有至少五艘主力舰（当时，日本的飞行员将外表高大的“李靖”级大型巡洋舰判断成了主力舰）。山本六十五并不相信，因为唐帝国根本就不可能拥有这么多的主力舰。第一舰队的那些战舰都沉在了那霸港里，而第三舰队全军覆没，第二舰队逃回去的主力舰只有三艘，后来还都被消耗掉了。就算唐帝国拥有世界上最庞大的造船工业体系，也不可能在一年的时间里就变出几艘主力舰来吧！为此，山口闻多还被训斥了一顿，山本六十五认为他在谎报军情，而且为此洗脱第一航空舰队惨败的罪名。
接着，在五天前的战斗中，日本飞行员再次报告，唐帝国第一特混舰队里有数艘大型战舰，而且其中肯定有主力舰。这些飞行员也都将高大的“李靖”级大型巡洋舰当成了战列舰或者是战列巡洋舰。不过，有幸杀到唐帝国舰队上空，而且再安全的逃回去的日本飞行员并不多，而第一特混舰队又分成了两个航母打击群，所以并不集中。那些飞行员在遭到拦截的时候又万分的紧张，自然无法准确的判断出第一特混舰队里到底有所少艘主力舰。连渊田美津雄都没有能够给出一个准确的数字，在他提交给山本六十五的报告中只是说道，唐帝国舰队里至少拥有五艘以上的主力舰，以及十多艘重巡洋舰。
两份同样的报告让山本六十五犹豫了。日本情报部门也在“琉球海盆海战”之后向联合舰队提交了情报，唐帝国新一级战列舰已经接近完工，将在近期服役。另外，重新回到了那霸港的唐帝国海军正在设法打捞那些沉在港口里的战舰，而且已经有两艘战舰被拖进了船坞，正在进行大修。
这次，当南硫黄岛上的驻军将消息再次发来的时候，山本六十五不得不“相信”，唐帝国新建造的战列舰已经提前服役了，说不定还有几艘打捞起来修复后的战舰加入了舰队。因为，在那封电报中，南硫黄岛上的日军驻守部队表示亲眼看到了海面上的三艘庞大的主力舰，而且那些主力舰打来的炮弹威力明显要比重巡洋舰上的主炮炮弹威力大很多，是属于200毫米口径以上的主炮炮弹。
山本六十五也知道，唐帝国在战争爆发前就在建造一艘战列巡洋舰（这是日本根据“李靖”级的初始设计参数做出的分类），而这艘战舰将装备280毫米口径的主炮（按照这个标准，在西方就已经可以被称为袖珍战列舰了），排水量超过了两万吨。当然，山本六十五并不知道，“李靖”级在建造的时候做了修改，主炮口径降低为240毫米，而且排水量也减少了一些，摇身一变，成为了防空巡洋舰，而不是以前计划中的“超级巡洋舰”。当然，在山本六十五的眼里，这种能够在15000米的距离上对付日本联合舰队“金刚”级战列舰的大型战舰就是主力舰。
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