兰利号第3俯冲轰炸机中队开始攻击飞龙号，尽管战果可观（损失1架，击落5架零战）。但是12架tbd中有10架被击落，剩下的最后也都在海上迫降了。射向飞龙号的5条鱼雷无一命中。
上午10点24分，企业号的33架“无畏”式俯冲轰炸机，分成2个中队分别攻击日军两艘航母（此时该几舰没有做好放飞攻击编队的准备），接踵而来的17架“无畏”式俯冲轰炸机则专门攻击苍龙号航空母舰。日军的3艘航空母舰刹那间变成了三团火球，堆放在甲板上的的飞机以及燃料和弹药引起大爆炸，火光直冲云霄，短短的5分钟，日本三艘航空母舰被彻底炸毁了。
如果不是日本人把高爆航弹堆积在三艘航母甲板上，在美军轰炸机轰炸时引起了殉爆，中途岛海战的结局绝对会发生改变，日本人真是太蠢了，慌乱中出现了致命的错误。
此时日军损失了三艘航母，南云忠一和幕僚转移到了长良号巡洋舰，开始集合残余的舰队。这期间美军兰利号航母中了三枚炸弹，但经过美军抢修后恢复了航行能力。
下午1点半钟，兰利号再次遭受从日军航母飞龙号起飞的16架飞机轰炸，这次兰利号没那么幸运，左侧被击中两枚鱼雷，美军被迫弃舰。
当天下午、晚上和6月5日凌晨，日军四艘航母全部先后沉没，此日，美军派出多波战机追击日军军舰，但均未发现山本五十六的主力舰队。
6月6日凌晨3点45分，日军两艘重巡洋舰最上号和三号在浓雾中转向时互撞，最上号重创，三隈号及另两艘驱逐舰留下护航。8点，中途岛起飞的12架陆战队轰炸机追击三隈号及最上号。三隈号遭到击沉，而重伤的最上号则最后逃过美军轰炸，返回特鲁克岛基地。美军接着试图追击早在数小时前沉没的飞龙号，不过只找到了谷风号驱逐舰。但是，双方并无任何战果。
6月7日下午1点，日军伊-168号潜艇发现了兰利号，随即发射4条鱼雷，2条命中兰利号，1条命中护航的哈曼号驱逐舰，哈曼号驱逐舰随即沉没兰利号一直飘浮到第二天中午才沉入海底。被攻击同时，美军其它6艘驱逐舰曾试图反击伊-168号，但伊-168号最终安全撤离，中途岛之战宣告结束。
中途岛海战改变了太平洋地区日美航空母舰实力对比。日军仅剩大型航空母舰2艘、轻型航空母舰4艘。从此，日本在太平洋战场开始丧失战略主动权，战局出现有利于盟军的转折。
日军之所以在中途岛海战失败，后世有人分析主要有几个原因，1是日本海军骄傲自大，狂妄轻敌。骄兵必败，这是日本海军在这次海战中的真实写照，也是日本海军在这次海战中失败的根本原因。2是情报战失败，3是犯了分散兵力的错误，无论如何，日本海军的整体作战力量比美国太平洋舰队要高出不止一筹，这从舰只数量上看得出来。4是作战观念落后，5是指挥错误，南云忠一的指挥就存在着很大的问题，6是科技差异的原因，日本在科学技术上落后于美国，一个明显的证明就是雷达技术的应用。当时美国舰队已经装备了雷达，在日本机群没有到来就发现并预先做好准备，而日本舰队没有装备雷达，所有警戒全靠目测，当美国俯冲轰炸机借云层的掩护攻击时，无法及时作出反应。
日军损失了四艘航母，但其他舰只得以保存，不过在现在已经是航空母舰称王的时代，损失四艘航母是任何一个国家都无法承受的损失，战列舰已经就要退出历史舞台，发挥不出什么作用了。(未完待续。。)