從事後的報道來看，美國轟炸機的這次打擊雖然沒有給日本航母艦隊造成損失，但給統轄這支艦隊的司令長官南雲中將嚇了一跳，他以後一驚一乍，指揮越來越亂。航空母艦最怕的是艦載機飛完一個輪次，回來續油或裝彈時，對方來轟炸，這時艦載機無法起飛，只有乾等着挨炸。也許只是湊巧，美軍轟炸機一批批的飛臨，尖厲的空襲警報一次次響遍整個艦隊。航母上的軍械士剛裝上魚雷，怕影響飛機起飛離艦，又匆匆卸下。這樣折騰了幾次，整個艦隊被調排得瘋狂暴躁，疲憊不堪。
當日本航母正在採取一系列緊急行動時，美國航母也在緊張地期待着。偵察機不斷提供準確情報，美國人按兵不動。他們知道，這是一場死亡遊戲，誰準確把握出擊時機，誰就能得分。
當從中途島返回的最後一架日軍飛機降落到航母甲板之後，美國的15架劫掠者魚雷轟炸機出現了。這是行將過時的機種，又沒有戰鬥機護航，是來送命的。50架零式戰鬥機迎上去，當15個小黑點中的最後一個化爲一縷煙火消失殆盡時，日本水兵齊聲喝彩，采聲未絕，兩隊美國魚雷轟炸機又排成單列飛來。零式戰鬥機又撲上前去，美國轟炸機被猛烈密集的彈雨一架一架地擊毀，所施放的魚雷全部被規避，沒造成任何傷害。美國轟炸機羣幾乎全軍覆沒，當僅存的幾架搖搖晃晃地飛走後，激戰的喧囂逐漸平息下來。零式戰鬥機回到母艦上加油，有功人員受到陣陣歡呼。但他們突然間聽到了不祥的聲音。
就在這時，從企業號和約克敦號起飛的轟炸機羣悄悄地逼近了，它們恰恰在日本人無法還手的最佳時機來到。從空中望下去，龐大的日本艦隊排成一個環形，護衛圈的當中是4艘航空母艦。所有飛機都整齊地排在甲板上，它們剛打完勝仗，這是最安逸的時候。美國俯衝轟炸機從晴空呼嘯而下，沒有一架零式戰鬥機來得及起飛迎擊，艦上的高炮直到最後一分鐘纔開火。
南雲的旗艦赤城號是頭一個報銷的。炸彈穿透了甲板，在艦體深處爆炸，引起艦內的炸彈爆炸，艦體由深處引起一陣陣顛簸，把燃燒的飛機抖落進大海。僅僅6分鐘，它就完了。接着是加賀號迅速下沉。與此同時，蒼龍號也成了一座爆炸燃燒的地獄，它的欲裂殘斷的巨大屍骸燃着熊熊烈火漂盪在波光粼粼的太平洋上。
僅存的飛龍號航空母艦上，飛行員聽到這樣的訓示：他們是日本國僅存的航母飛行員了。他們受命炸沉美國航母約克敦號。飛龍號找約克敦號拼命去了。約克敦號捱了幾顆致命的炸彈，卻還沒有沉沒，但艦長不得不發出棄船的命令。
就在飛龍號找約克敦號拼命時，企業號和大黃蜂號上的所有飛機都被調集起來，它們從午後的太陽中鑽出，衝向飛龍號。飛龍號上的零式戰鬥機與兩艘航空母艦的飛機戰鬥已是力不從心，不大會兒，從中途島飛來的空中堡壘也加入了戰鬥。隨後，更多的空中堡壘飛臨戰場，它們竟然是從遙遠的珍珠港趕來的。這時，空中已沒有零式戰鬥機，飛龍號只是個任由美國轟炸機擺佈的軀殼了。
隨着4艘航母的毀滅，山本知道拿下中途島無望了。日本艦隊已到達中途島的外圍，他卻連炮擊中途島的命令都沒有下，6月5日凌晨3時，他下了一道相反的命令：“取消中途島的佔領行動。”接着，日本艦隊便掉頭往回疾駛。美國人卻也沒有追。
此戰中，日軍損失航空母艦4艘、重巡洋艦1艘、飛機150架、兵員3500餘人。美軍損失航空母艦“約克敦號”1艘、驅逐艦1艘。
但對於日本軍國主義者來說，中途島之戰真正使他們痛心的，還不在丟了幾艘航母和幾百架飛機，而是損失了幾百名經驗豐富的飛行員和機務人員。而對大日本帝國來說，威風被打掉了倒在其次，重要的是，在中途島前，它企圖稱霸太平洋的行徑被截止在中途!”從此，日軍被迫轉入守勢，雙方力量對比發生轉折。
