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Los tres grupos de tarea de portaaviones comprometidos con Hailstone se pusieron en posición y comenzaron a lanzar su primer barrido de cazas 90 minutos antes del amanecer del 17 de febrero de 1944. Ninguna patrulla aérea japonesa estaba activa en ese momento, ya que las 22ª y 26ª Flotillas Aéreas de la IJN estaban disfrutando de un permiso en tierra después de semanas en alerta máxima tras los avistamientos de Liberators. Igualmente problemático para los japoneses, el radar de Truk no era capaz de detectar los aviones que volaban a baja altura, una debilidad probablemente conocida y explotada por las organizaciones de inteligencia aliadas. Debido a estos factores, los aviones de los portaaviones estadounidenses lograron una sorpresa total.
Los pilotos japoneses se pusieron en sus cabinas minutos antes de que los aviones de la TF 58 llegaran sobre las islas Eten, Param, Moen y Dublon. Aunque había más de 300 aviones del Servicio Aéreo de la Armada Imperial Japonesa (IJNAS) y del Servicio Aéreo del Ejército Imperial Japonés (IJAAS) presentes en Truk el primer día de los ataques, sólo la mitad de ellos estaban operativos en comparación con los más de 500 aviones operativos entre los portaaviones de la TF 58. Los pilotos de caza de la Marina estadounidense en sus Grumman F6F Hellcats, con las ventajas de la velocidad, la altitud y la sorpresa, lograron una victoria unilateral contra los pilotos de la IJNAF que volaban el inferior Mitsubishi A6M Zero. Hasta 30 de los 80 Zeros enviados en respuesta al barrido de cazas fueron derribados, frente a los cuatro Hellcats que se perdieron. Durante el resto de la mañana sólo se encontró una resistencia aérea simbólica; por la tarde casi no había aviones japoneses.
Debido a la falta de cobertura aérea o de advertencia, muchos barcos mercantes quedaron anclados con sólo los cañones antiaéreos de las islas para defenderse de los aviones del portaaviones estadounidense. Algunos buques fuera de la laguna que ya se dirigían a Japón fueron atacados por submarinos estadounidenses y hundidos antes de poder escapar. Otros, que intentaban huir a través del Paso Norte del atolón, fueron embotellados por los ataques aéreos y por la fuerza de superficie del Almirante Spruance, el Grupo de Tarea 50.9, que circunnavegó Truk, bombardeando posiciones en la costa y enfrentándose a los barcos enemigos.
Los escuadrones de bombarderos torpederos y bombarderos en picado de los grupos aéreos de portaaviones (CAG) fueron los responsables de la mayor parte de los daños infligidos a las instalaciones terrestres japonesas. A primera hora del primer día de Hailstone, los escuadrones de bombarderos torpederos Grumman TBF Avenger del Grupo Aéreo 10 (CAG-10) del Enterprise y del CAG-6 del Intrepid lanzaron bombas de fragmentación e incendiarias sobre las pistas de aterrizaje de la isla Eten, así como sobre la base de hidroaviones de la isla Moen. Decenas de aviones resultaron dañados o destruidos, lo que redujo aún más cualquier posible respuesta de los japoneses a los ataques. Los posteriores ataques conjuntos de bombarderos en picado y bombarderos torpederos Avenger destrozaron las pistas de aterrizaje y destruyeron las instalaciones de los hangares.
También se lanzaron ataques matutinos contra objetivos marítimos en la laguna. Al capitán de corbeta (más tarde contralmirante) James D. Ramage, oficial al mando del Escuadrón de Bombardeo en Inmersión 10 (VB-10), se le atribuye el hundimiento del petrolero mercante Hoyo Maru, previamente dañado. El teniente James E. Bridges y su tripulación en uno de los Vengadores del Escuadrón de Torpedos 6 (VT-6) del Intrepid, consiguieron un impacto directo en el buque de municiones Aikoku Maru. El estallido de la bomba desencadenó una tremenda explosión, que inmediatamente hundió el barco y aparentemente engulló también el avión, matando a los tres hombres que iban dentro.
Para el segundo y tercer ataque antibuque del día, los informes de acción de los grupos aéreos de portaaviones indicaban que la aparente misión del enemigo era «escapar». Los buques que pudieron salir a mar abierto se dirigieron a la salida del Paso del Norte de la laguna mientras aguantaban los repetidos ataques aéreos. Un grupo concreto de buques de guerra -el crucero Katori, el crucero auxiliar Akagi Maru, los destructores Maikaze y Nowaki y el dragaminas Shonan Maru- recibió una atención especial por parte de los bombarderos de los portaaviones. Múltiples grupos aéreos atacaron estos buques, infligiendo graves daños. Los escuadrones de bombardeo en picado y con torpedos del Yorktown se adjudicaron dos impactos en el Katori y otros en otro crucero y varios destructores; los bombarderos del Essex se adjudicaron también cinco impactos en un crucero de la clase Katori, afirmando que el barco se detuvo en seco tras el ataque.
En este momento llegaron informes al almirante Spruance sobre el grupo de buques de guerra que huía por el Paso Norte. Spruance estaba tan empeñado en entablar un combate barco contra barco que su comandante de portaaviones, el almirante Mitscher, ordenó a sus grupos aéreos que dejaran de atacar a Katori y sus compañeros. El almirante se puso al mando táctico del Grupo de Tarea 50.9, formado por cuatro destructores, los cruceros pesados Minneapolis y New Orleans, y los nuevos acorazados Iowa y New Jersey, que dirigió personalmente en un combate de superficie contra los buques japoneses previamente dañados. Los maltrechos barcos japoneses no tenían muchas posibilidades contra el Grupo de Tarea 50.9, aunque los miembros de su personal consideraron innecesariamente imprudente la decisión de Spruance de participar en una acción de superficie cuando probablemente la aviación podría haber logrado resultados similares. De hecho, el destructor japonés Maikaze consiguió disparar torpedos al acorazado New Jersey durante el combate. Afortunadamente para Spruance, los torpedos fallaron y la «batalla» terminó con resultados previsiblemente unilaterales. Los combatientes de superficie de la Marina estadounidense no sufrieron prácticamente ningún daño, y fue la única vez en su carrera que el Iowa y el New Jersey dispararon su armamento principal contra buques enemigos. La IJN perdió el Maikaze, el Shonan Maru, el Katori y el Akagi Maru. El destructor Nowaki fue el único barco japonés de este grupo que escapó.
La represalia por los ataques del día llegó a última hora de la noche en forma de pequeños grupos de bombarderos japoneses que sondeaban las defensas de los grupos de trabajo. Desde aproximadamente las 21:00 horas del 17 de febrero hasta pocos minutos después de la medianoche del 18 de febrero, al menos cinco grupos de entre uno y tres aviones enemigos intentaron colarse entre los buques de control para atacar a los portaaviones de la flota. Uno de estos aviones, un bombardero Nakajima B5N2 «Kate», consiguió eludir a los cazas nocturnos que protegían a la fuerza de tarea estadounidense y lanzó su torpedo sobre el Grupo de Tarea 58.2. El torpedo alcanzó al Intrepid en la parte de estribor del buque, dañando el control de dirección y matando a 11 marineros. El Intrepid se vio obligado a retirarse a Estados Unidos para ser reparado y no volvió al combate hasta agosto de 1944.