从事后的报道来看，美国轰炸机的这次打击虽然没有给日本航母舰队造成损失，但给统辖这支舰队的司令长官南云中将吓了一跳，他以后一惊一乍，指挥越来越乱。航空母舰最怕的是舰载机飞完一个轮次，回来续油或装弹时，对方来轰炸，这时舰载机无法起飞，只有干等着挨炸。也许只是凑巧，美军轰炸机一批批的飞临，尖厉的空袭警报一次次响遍整个舰队。航母上的军械士刚装上鱼雷，怕影响飞机起飞离舰，又匆匆卸下。这样折腾了几次，整个舰队被调排得疯狂暴躁，疲惫不堪。

当日本航母正在采取一系列紧急行动时，美国航母也在紧张地期待着。侦察机不断提供准确情报，美国人按兵不动。他们知道，这是一场死亡游戏，谁准确把握出击时机，谁就能得分。

当从中途岛返回的最后一架日军飞机降落到航母甲板之后，美国的15架劫掠者鱼雷轰炸机出现了。这是行将过时的机种，又没有战斗机护航，是来送命的。50架零式战斗机迎上去，当15个小黑点中的最后一个化为一缕烟火消失殆尽时，日本水兵齐声喝彩，采声未绝，两队美国鱼雷轰炸机又排成单列飞来。零式战斗机又扑上前去，美国轰炸机被猛烈密集的弹雨一架一架地击毁，所施放的鱼雷全部被规避，没造成任何伤害。美国轰炸机群几乎全军覆没，当仅存的几架摇摇晃晃地飞走后，激战的喧嚣逐渐平息下来。零式战斗机回到母舰上加油，有功人员受到阵阵欢呼。但他们突然间听到了不祥的声音。

就在这时，从企业号和约克敦号起飞的轰炸机群悄悄地逼近了，它们恰恰在日本人无法还手的最佳时机来到。从空中望下去，庞大的日本舰队排成一个环形，护卫圈的当中是4艘航空母舰。所有飞机都整齐地排在甲板上，它们刚打完胜仗，这是最安逸的时候。美国俯冲轰炸机从晴空呼啸而下，没有一架零式战斗机来得及起飞迎击，舰上的高炮直到最后一分钟才开火。

南云的旗舰赤城号是头一个报销的。炸弹穿透了甲板，在舰体深处爆炸，引起舰内的炸弹爆炸，舰体由深处引起一阵阵颠簸，把燃烧的飞机抖落进大海。仅仅6分钟，它就完了。接着是加贺号迅速下沉。与此同时，苍龙号也成了一座爆炸燃烧的地狱，它的欲裂残断的巨大尸骸燃着熊熊烈火漂荡在波光粼粼的太平洋上。

仅存的飞龙号航空母舰上，飞行员听到这样的训示：他们是日本国仅存的航母飞行员了。他们受命炸沉美国航母约克敦号。飞龙号找约克敦号拼命去了。约克敦号挨了几颗致命的炸弹，却还没有沉没，但舰长不得不发出弃船的命令。

就在飞龙号找约克敦号拼命时，企业号和大黄蜂号上的所有飞机都被调集起来，它们从午后的太阳中钻出，冲向飞龙号。飞龙号上的零式战斗机与两艘航空母舰的飞机战斗已是力不从心，不大会儿，从中途岛飞来的空中堡垒也加入了战斗。随后，更多的空中堡垒飞临战场，它们竟然是从遥远的珍珠港赶来的。这时，空中已没有零式战斗机，飞龙号只是个任由美国轰炸机摆布的躯壳了。

随着4艘航母的毁灭，山本知道拿下中途岛无望了。日本舰队已到达中途岛的外围，他却连炮击中途岛的命令都没有下，6月5日凌晨3时，他下了一道相反的命令：“取消中途岛的占领行动。”接着，日本舰队便掉头往回疾驶。美国人却也没有追。

此战中，日军损失航空母舰4艘、重巡洋舰1艘、飞机150架、兵员3500余人。美军损失航空母舰“约克敦号”1艘、驱逐舰1艘。

但对于日本军国主义者来说，中途岛之战真正使他们痛心的，还不在丢了几艘航母和几百架飞机，而是损失了几百名经验丰富的飞行员和机务人员。而对大日本帝国来说，威风被打掉了倒在其次，重要的是，在中途岛前，它企图称霸太平洋的行径被截止在中途!”从此，日军被迫转入守势，双方力量对比发生转折。