Таким образом, соединение Нагумо осталось невредимым после восьми последовательных атак. Но удары американских самолетов не остались совершенно бесплодными. Их катастрофические неудачи снизили осторожность Нагумо, а низколетящие торпедоносцы привлекли внимание как наблюдателей на кораблях, так и взлетающих «Зеро», к низким высотам.

В 8:30 утра 4 июня контр-адмирал Тамон Ямагути, командующий 2-й дивизией авианосцев, узнав о находящемся на северо-востоке американском авианосном соединении, посоветовал Нагумо немедленно атаковать ее резервными самолетами. Нагумо отклонил его совет и принял роковое решение отложить атаку до того момента, когда он подготовит массивный и координированный удар всеми своими самолетами. Он начал заменять бомбы с контактными взрывателями, которыми были оснащены его резервные самолеты в предвидении второго налета на Мидуэй, на бронебойные бомбы и торпеды. Он посадил на авианосец патрулировавшие вокруг эскадры истребители «Зеро», а также самолеты, вернувшиеся после первого налета на Мидуэй. Большая часть этих операций производилась во время американской атаки, и Нагумо потратил на них два часа.

Ни один специалист по военному делу, полностью оценив ситуацию, сложившуюся в районе Мидуэя на 10 часов утра 4 июня 1942 года, не предсказал бы, что у американцев есть хотя бы малейший шанс на победу. Четыре японских авианосца уже имели на взлетных палубах вооруженные, заправленные и готовые к взлету самолеты, а на нижних палубах готовились самолеты второй ударной волны. Лишь считанные американские самолеты на аэродроме Мидуэя, за исключением В-17, оставались боеспособны, а В-17 не могли поразить движущиеся корабли. Оба оперативных авианосных соединения, 16-е и 17-е, теряли свои торпедоносцы, а их бомбардировщики летели в неверном направлении.

Но затем положение американцев улучшилось. Бомбардировщики «Хорнета» продолжали лететь на юго-восток, удаляясь от противника, однако бомбардировщики «Йорктауна» развернулись и полетели следом за своими торпедоносцами, а бомбардировщики «Энтерпрайза» пошли зигзагом, как маневрирующий эсминец. Приближаясь с разных направлений, самолеты «Йорктауна» и «Энтерпрайза» появились над японским соединением одновременно, даже не подозревая друг о друге. Никакими расчетами или тренировками такой точности добиться было бы невозможно.

Последняя атака американских торпедоносцев была отбита, Нагумо наконец-то приказал начать контратаку, и его авианосцы уже разворачивались против ветра. Вооруженные и заправленные самолеты на взлетных палубах готовились взлетать, а другие самолеты в ангарах на нижних палубах вооружались и заправлялись. Снятые бомбы с контактными взрывателями все еще лежали в ангарах, ожидая возвращения в трюмы. Таким образом, соединение оказалось чрезвычайно уязвимым.

Через пять минут японская атака началась бы. Однако прежде чем самолеты взлетели, бомбардировщики «Йорктауна» и «Энтерпрайза» спикировали с высоты 15 тысяч футов и за несколько секунд изменили весь ход войны. Они сбросили бомбы, которые поразили «Сорю», «Кага» и флагманский авианосец Нагумо «Акаги», вызвав на всех трех фатальные пожары и взрывы.

Авианосец «Хирю», уйдя неповрежденным на север вместе с несколькими кораблями эскорта, поднял сперва бомбардировщики, а затем и торпедоносцы, которые отыскали и вывели из строя «Йорктаун». В 17:00 пикирующие бомбардировщики «Энтерпрайза» обнаружили «Хирю» как раз в тот момент, когда с него были готовы взлететь самолеты для удара по другим американским авианосцам. Японский авианосец получил четыре прямых попадания, которые вызвали взрывы и неконтролируемые пожары. В атаке на «Хирю» участвовали и двенадцать В-17 с Мидуэя: ни одна из их бомб не попала в цель, но одному из армейских бомбардировщиков все же удалось поразить уже пылающий корабль с бреющего полета.

По приказу Ямамото Второй японский флот отделился от соединения вторжения. Четыре его тяжелых крейсера, прикрытые двумя эсминцами, направились обстреливать Мидуэй, а большая часть оставшихся кораблей, включая два линкора и четыре тяжелых крейсера, поспешила на помощь авианосцам Нагумо. Прибыв слишком поздно, Второй флот подобрал два линкора Нагумо и большую часть остальных его кораблей, и направился в темноте на восток в поисках американцев — встречи с ними Спрюэнс избежал, временно отойдя на восток. В 2:55 ночи адмирал Ямамото, придя к выводу, что его идущие на восток корабли скорее всего станут не победителями в ночной битве, а мишенями в утренней воздушной атаке, отменил операцию по захвату Мидуэя и скомандовал общее отступление.

Группа из четырех крейсеров Второго флота, уже подходившая к Мидуэю, развернулась на обратный курс и через некоторое время заметила американскую подлодку «Тамбор». Ошибочно предположив, что «Тамбор» выпустила торпеду, крейсера «Могами» и «Микума» совершили противоторпедный маневр, во время которого столкнулись. Два других крейсера торопливо ушли, бросив поврежденные корабли под прикрытием двух эсминцев и предоставив им выбираться самостоятельно.

К 9 часам утра 5 июня все четыре авианосца Нагумо уже ушли на дно. В то утро В-17 и бомбардировщики корпуса морской пехоты из Мидуэя атаковали «Могами» и «Микума». Все их бомбы легли мимо цели, однако пилот морской пехоты полковник Ричард Флеминг, направил свой пылающий самолет на палубу «Микуми» за орудийной башней, вызвав пожар, который привел к многочисленным жертвам и повреждениям. 6 июня, как мы уже знаем, 16-е оперативное соединение атаковало поврежденные крейсера пикирующими бомбардировщиками, потопив «Микуми» и настолько сильно повредив «Могами», что на его ремонт потребовался почти целый год.

7 июня японцы, не встречая сопротивления, начали высадку на Алеутских островах Атту и Кыска, отменив первоначальный план захвата Адаха, когда выяснилось, что неподалеку расположена секретная американская база. Во время высадки японского десанта Северо-Тихоокеанская эскадра адмирала Теобальда бесполезно бороздила море в тысяче миль от Алеутов — южнее Аляски…

Сразу после сражения 4 июня и в течение нескольких последующих дней американские самолеты и корабли обшаривали океан севернее и западнее Мидуэя, подбирая сбитых летчиков и моряков с затонувших кораблей — как японских, так и американских.