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  1943年4月14日,代號“魔術 (密碼學)”的美國海軍情報部門截獲並破譯了包含山本五十六視察前線行程詳細資訊的電文,共有3個“魔術”分站截獲到該電文,太平洋艦隊電臺中心破譯人員中包括了後來成為美國最高法院大法官的約翰·保羅·史蒂文斯。情報部門立刻將破譯完成的電文轉交給太平洋艦隊司令官尼米茲上將,羅斯福總統亦下令美國海軍部長弗蘭克·諾克斯“幹掉山本”。尼米茲與海軍部確認,並取得羅斯福總統的同意後,4月17日授權南太平洋戰區總司令哈爾西上將擬訂對山本五十六一行人的狙殺計劃(尼米茲一開始擔心過如果山本陣亡後出現能力更強的接替者,但國內回以:唯一能取代山本的是山口多聞,而山口多聞已經在前一年的中途島海戰中陣亡,因此不必擔心),  由於此時美軍控制的最前線機場是瓜達爾卡納爾島的亨得森機場(今霍尼亞拉國際機場),距離山本前往視察的索羅門群島布干維爾島南部直線距離長達400英哩,再加上任務機隊在去程為了迴避索羅門群島各島嶼上日軍的觀測哨與雷達站而必須繞路飛行,來回航程長達1,000英哩,哈爾西決定讓航程可達的陸航P-38閃電式戰鬥機執行此一任務,並挑選第339戰鬥機中隊的18架P-38G戰鬥機做為任務機隊。軍方特別幫所有的飛機換裝更大型的副油箱,然而即使如此,飛機在目標上空的停留時間仍然只有15分鐘,故必須非常謹慎的掌握時間,行動中選定四名飛行員負責攻擊,剩餘的飛行員作為後備或提供空中掩護,並且規定在途中保持無線電靜默。  1943年4月18日,日本海軍聯合艦隊司令長官山本五十六與參謀長宇垣纏以及隨員搭乘兩架三菱一式陸攻,由6架零式戰鬥機護航,當日早間從拉包爾飛往索羅門群島布干維爾島。 美軍16架P-38戰鬥機(兩架負責攻擊的戰鬥機在起飛時故障,沒有參戰)從瓜達爾卡納爾島的亨得森機場於7:25開始起飛,採低空貼海面飛行,在9:34提前一分鐘到達了攔截位置,此時山本的飛機在昏暗的陰霾中下降出現在視野中,P-38甩掉了副油箱,轉向右側與轟炸機平行,並開始全力爬升以攔截它們。  福爾摩斯的P-38副油箱甩不掉,轉向大海。領隊米切爾通過無線電向Lanphier和Barber下令攻擊,他們爬升迎向八架日機。最近的護航零戰甩掉了輔助油箱,向這對P-38俯衝。兩機採取了合理的戰術,Lanphier立即轉向正面迎向護航零戰,同時Barber追逐俯衝的轟炸機。Barber陡峭地轉向轟炸機後面而暫時看不到轟炸機,但當他重新看到轟炸機時,他正尾隨在一架後面,他立即對其右發動機,後機身和尾翼開火。當Barber擊中其左側引擎時,轟炸機開始冒出濃重的黑煙,猛烈地左轉,險些與他的座機空中碰撞。他回頭看到一串黑煙,認為轟炸機已經墜毀到叢林中。事後日軍發現山本的座機被擊落,墜落在布因附近叢林中,山本司令長官以下11名陣亡。Barber不知道行動目標在哪一架轟炸機上,他在樹梢高度向海岸方向飛行,尋找第二架轟炸機。  福爾摩斯的P-38最終甩掉油箱,攻擊第2架(宇垣纏參謀長搭乘的)轟炸機,使其右發動機受損,後者留下了一條白色的蒸氣痕跡,但是他們追逐的速度太快,使他和他的僚機越過了受損的轟炸機。Barber看到了宇垣的座機後開火,他的子彈擊中它,造成金屬碎片四散,損壞了自己的飛機。宇垣的座機被擊中在海上迫降並獲救,3人負傷。第2天山本的座機殘骸和山本遺體被浜砂少尉帶領的搜救部隊發現。山本遺體被丟擲飛機殘骸後仍在座椅上,手裡還握著武士刀。經檢查山本身上有兩處傷口,一個左肩、另一個在下顎(此處是致命傷)。  因會對日本海軍人員士氣帶來很大的影響,山本的死訊隱瞞到同年5月21日才公佈,山本追授予元帥稱號,6月5日在東京日比谷公園舉行國葬。

  從美軍認定Lanphier擊落了山本開始,同一任務的飛行員的就開始批評,在「誰實際上擊落山本的飛機」這個問題上引發持久爭論。而1943年《時代週刊》報道其人時軍方還對此很惱火,因為透露了未經授權的有關細節和姓名。此外,戰後日軍的記錄表明沒有任何護航零式被擊落,因此軍方去掉了Lanphier的一架擊落記錄。一開始美軍認為擊落了三架一式陸攻,根據日本記錄發現實際只有兩架,於是並給Lanphier和Barber各記了半個山本擊落,戰後對柳谷謙治飛行兵長(由於失去右手不能飛行,他是6位護航的日軍戰鬥機飛行員唯一生還至戰後的)的採訪認為是Barber擊落了山本,對山本的屍檢結果也支援Barber“所有可見的彈孔都是從正後方打來的”。空軍審查委員會局對Barber的上訴意見分歧,美國空軍部長Donald Rice決定不更改紀錄。
復仇行動(Operation Vengeance)是太平洋戰爭中索羅門群島戰役期間,美國方面在1943年4月18日暗殺日本海軍聯合艦隊司令長官山本五十六海軍大將的行動。在日本稱為「」。