“苍龙号”和“飞龙号”，这时为上午10点25分，日本4艘航母上摆满了加油、装弹完毕的各种飞机，所有飞机都已发动，第一架加油完毕的战斗机已经起飞，5分钟内将全部起飞，只有少数战斗机在航母编队上空警戒。

    美军10点以后飞临的攻击机群又分三批到达。第一批为6架战斗机和12架攻击机，从低空逼近攻击，在天空警戒的日本战斗机立即扑向它们，几乎将它们全部击落。就在日本战斗机被引向低空时，37架美国轰炸机借云层掩护，突然出现在日军航母编队的上空。10点28分，美军第二批轰炸机群突然穿云而出，向下俯冲，以迅雷之势向日本航母舰队发起攻击，“赤诚号”、“加贺号”、“苍龙号”先后被击中，引爆了原先堆放在甲板上的燃烧弹和爆破弹，燃起熊熊大火并不断地爆炸。“赤诚号”被1颗炸弹透过机库，引爆了储存的鱼雷，10点50分，南云下令弃船，第二天，日舰将其自行击沉。“加贺号”也命中4颗炸弹，由于当时甲板上堆满了刚加完油的飞机，成为一片火海，弃船后不久自行爆炸沉没。10点40分左右，美军第三批共17架轰炸机飞临甲板上挤满了加油飞机的“苍龙号”，三颗1000磅重的炸弹命中了它，立即燃烧起来。下午2时，它又受到美国潜艇攻击，5小时后爆炸沉没。当时山口少将的“飞龙号”因靠前而未遭攻击。

    10点50分后，南云放弃“赤诚号”不久，命令山口少将暂时代其指挥。此时，山口已发现了美国航母“约克镇号”，立刻发出攻击命令。18架轰炸机和6架零式战斗机分别于上午11时，中午12点左右，逼近“约克镇号”，被美军雷达发现。美军12架战斗机立刻上前拦截，日军6架零式战斗机迅即上去纠缠，美机打落和逐回12架日本轰炸机，但有6架轰炸机穿过火力网向“约克镇号”航母上投弹，三个炸弹分别命中甲板、烟筒和第四层甲板，大火燃烧起来，弗莱彻被迫转移到“阿斯托里亚号”巡洋舰上指挥。到了下午1时40分，“约克镇”锅炉居然修复，以18节航速行驶。但在12时45分左右，山口命令全部16架飞机向“约克镇号”发动第二次打击。下午2点46分，8架日本轰炸机突破美军战斗机的拦截，再次击中受伤的“约克镇号”，两颗鱼雷命中左油库和船舵，下午3时，弗莱彻下令弃船。

    在山口少将向“约克镇号”发动第二次打击同时，下午4时45分，先前从“约克镇号”上起飞的美军侦察机在西稍偏北160公里处，发现了“飞龙号”。斯普劳恩斯命“企业号”上的轰炸机群立即升空，前往攻击。下午5时3分，就在山口准备用残余的15架飞机做最后一次攻击时，美军13架轰炸机向“飞龙号”发动猛攻，“飞龙号”被命中4弹，发生大火并开始倾斜。第二天，6月5日凌晨3时15分被放弃，两小时后，一艘日本驱逐舰将“飞龙号”击沉。6月6日黄昏时分，一艘日本潜艇向正在抢修中的美国航母“约克镇号”发射了一颗鱼雷，将其击沉。

    6月4日上午，正当南云的航母舰队遭受灭顶之灾时，在中途岛和阿留申之间的中点待机的山本五十六却蒙在鼓里。直到上午10时30分，接到“赤诚号着火”的电报时，方知形势已出人意料地恶化，当山本接到10点50分发来的“加贺”、“苍龙”、“赤诚”三艘航母全身起火的消息时，惊得一言不发，他深知自己的海军已遭惨败。现在他仍想做一次最后的努力，企图反败为胜。他立即率领他的舰队，全速向东前进，企图打一场古典式的海上决战，来挽回败局。但斯普劳恩斯非常了解日本舰队善于夜战，实行白天追击、夜晚规避的战术。山本见无法引诱美军夜战，而他又缺乏空中掩护，在6月5日，下令中止进攻中途岛，向西撤退。美国舰队已非常疲乏，燃料也快耗尽，也于6月6日停止追击。在这场海上会战中，日