Завершив атаку, американские самолеты повернули на восток. Они сообщили, что потопили 2 авианосца. В действительности даже сами японцы сначала думали, что «Дзуйкаку» обречен. Однако точные результаты атаки 216 самолетов были следующими: потоплены авианосец «Хиё» и 2 танкера, тяжело поврежден эскадренный авианосец «Дзуйкаку»; легкие авианосцы «Тиёда», «Дзуньё», «Рюхо», 1 линкор, 1 тяжелый крейсер и 1 танкер получили незначительные повреждения. Это был неудовлетворительный результат, но его можно было легко объяснить наступлением сумерек и недостаточным количеством торпед. Зато обратный полет к своим авианосцам стал для американских пилотов тяжелым испытанием.
Американские самолеты возвращались поодиночке, парами или небольшими группами. Не сохранилось даже подобие строя, каждый пилот отчаянно пытался сберечь остатки бензина. Несмотря на все старания адмирала Митчера сократить расстояние между флотами противников, самолетам предстояло пролететь от 240 до 300 миль, чтобы сесть на свои авианосцы. При этом следовало учесть, что Оперативное Соединение 58 шло в полной темноте.
Адмирал Митчер гнал свои корабли на запад со скоростью 22 узла, чтобы уменьшить расстояние, которое следовало пролететь самолетам. Одновременно он предложил выслать вперед линкоры адмирала Ли, чтобы атаковать уходящие японские корабли на рассвете 21 июня. Адмирал Ли был совершенно уверен, что его 7 быстроходных линкоров справятся с 5 японскими. Американцы имели 63 – 406-мм орудия против 18 – 460-мм, 8 – 406-мм и 16 – 356-мм орудий японцев. Но адмирал Спрюэнс не разрешил Ли начать погоню, так как считал, что американские линкоры не имеют шансов настичь остатки Первого мобильного флота.
Возвращающиеся самолеты начали принимать сигналы системы радионаведения, когда в 22.40 оказались на расстоянии 70 миль от своих авианосцев. В 22.45 первые самолеты показались над кораблями Оперативного Соединения 58. В воздух были подняты несколько ночных истребителей, чтобы помочь вернувшимся летчикам. Но требовалось сделать что-то еще. Пилоты видели кильватерные струи, но не могли отличить авианосцы от артиллерийских кораблей. Самолеты начали беспомощно кружить в воздухе, некоторые пилоты включили красные и зеленые полетные огни. Кое-кто уже начал терять высоту, когда его мотор начинал чихать и кашлять из-за нехватки бензина. Некоторые пилоты уже садились на воду.
На мостике «Лексингтона» адмирал Митчер следил за всем происходящим. Затем он отдал один из самых драматических приказов за всю войну: «Включить палубные огни». Это был приказ, который нарушал все принятые правила. У японцев еще оставались авианосцы, поблизости вполне могли оказаться японские подводные лодки. Включенное освещение делало авианосцы заманчивой целью. Но для Митчера важнее было спасти жизни более чем 400 летчиков, посланных атаковать противника, и поднять дух сотен их товарищей, дожидавшихся на авианосцах возвращения самолетов.
Зажглись красные огни на топах мачт авианосцев, неяркие лампы очертили их полетные палубы. Корабли включили красные и зеленые ходовые огни, мигающие прожектора подавали опознавательные сигналы, чтобы показать, кто из авианосцев есть кто. Остальные корабли тоже включили огни на мачтах и начали стрелять осветительными снарядами. Атмосфера начала напоминать карнавальную ночь. Флагманский корабль каждой оперативной группы один прожектор направил прямо вверх в качестве сигнального маяка.
Самолеты начали садиться. В этой суматохе не было возможности найти свой авианосец, каждая полетная палуба становилась желанным домом. На «Лексингтон» благополучно сели 6 самолетов. Но седьмой зашел слишком высоко. Несмотря на сигнал, запрещающий посадку, он коснулся палубы. Перепрыгнув аэрофинишеры и аварийный барьер, он врезался в стоящие впереди самолеты. Хотя этот самолет, как и другие, только что севшие машины, почти не имел бензина, при столкновении взлетел фонтан искр, и начались пожары. Стрелок одного из стоявших на палубе самолетов был убит пропеллером седьмого самолета. Погиб еще один пилот. Пилот злосчастного седьмого самолета остался цел.
Садившийся на «Банкер Хилл» «Хеллдайвер» тоже игнорировал запретительный сигнал и ракеты. SB2C чуть не врезался в севшие ранее самолеты, которые блокировали полетную палубу. Шедший за ним «Авенджер» с другого авианосца («Хеллдайвер» тоже не принадлежал «Банкер Хиллу») также начал садиться, не обращая внимания на отчаянные сигналы, запрещающие посадку. Одно крыло «Авенджера» врезалось в орудийную установку и отскочило, изуродованный самолет врезался в только что севший «Хеллдайвер». 2 моряка, пытавшие откатить пикировщик, были убиты, еще 4 были ранены.
Еще один самолет ошибочно принял топовый огонь эсминца за сигнал офицера, управляющего посадкой, и аккуратно сел на воду у борта эсминца. Несколько удивленные летчики были спасены корабельной шлюпкой.