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。
