Едва закончилась вторая атака американцев на японские авианосцы, как за ней воспоследовала третья. В 10:00 «Акаги», «Кага», «Хирю» и «Сорю» были обнаружены 3-й торпедоносной эскадрильей с «Йорктауна». Имея шесть истребителей прикрытия, ее командир счел прорыв возможным, и не ожидая координирования своих действий с действиями пикирующих бомбардировщиков, направил свои самолеты в атаку.
Он чересчур переоценил свои возможности. Большинство американских самолетов еще на подступах было сбито ураганным зенитным огнем и истребителями противника, и лишь пяти из них удалось сбросить торпеды, причем, как и у предшественников, ни одна из них не попала в цель. Всего два самолета из числа атаковавших смогли вернуться на «Йорктаун».
Все базировавшиеся на Мидуэе самолеты - армейские, морские и корпуса морской пехоты - понесли огромнейшие потери, а теперь и три авианосные эскадрильи торпедоносцев были практически полностью уничтожены. Американцы не только платили непомерно дорогую цену за то, что их атаки не были координированы, но и, при этом, не добивались никаких результатов - японские авианосцы не получили никаких повреждений, хотя и потеряли немало самолетов в сегодняшних воздушных схватках.
Отбив атаки на свои корабли, и почитая после этого себя в полнейшей безопасности, японские авианосцы приняли на борт часть своих самолетов для заправки их горючим и перевооружения. Нагумо готовил их к атаке против «Йорктауна», «Хорнета» и «Саратоги», которые, как ему было известно, находились недалеко от «Кидо бутай» на востоке. Японцы предполагали нанести американскому флоту последний удар, который должен был окончательно вывести США из войны. Как раз на нечто подобное и рассчитывали японцы, когда предприняли захват острова Мидуэй.
Взлетные палубы авианосцев были забиты самолетами, вокруг которых суетился обслуживающий их персонал, большая часть истребителей воздушного прикрытия, после избиения торпедоносцев все еще барражировала на небольшой высоте, и как раз в это время на большой высоте, одновременно, появились пикирующие бомбардировщики с «Саратоги» и «Йорктауна», причем эскадрильи, при этом, даже не подозревали друг о друге.
Только большим американским везением можно объяснить то, что случайно эти две группы самолетов избрали различные цели. При превосходной видимости, не обращая никакого внимания на ураганный зенитный огонь, они на огромной скорости, почти вертикально, камнем падали вниз на японские авианосцы, чтобы сбросить бомбы с 2500 футовой высоты. Пикировщики с «Саратоги» вогнали три 1000-фунтовые бомбы прямо в палубу «Сорю» и четыре бомбы в «Кага». Эскадрилья «Йорктауна» добилась двух попаданий в «Акаги». Очень скоро три поврежденных авианосца были охвачены пламенем, и не могли выпустить перевооружавшиеся на их палубах самолеты, которым также суждено было стать добычей для огня. «Хирю», находившийся севернее, повреждений не получил.
Во время этой атаки японцы сбили всего 14 самолетов с авианосца «Саратога», еще часть эскадрильи, на обратном пути, была вынуждена совершить посадку на воду, израсходовав все горючее. Самолеты «Йорктауна» благополучно вернулись на свой корабль в полном составе.
Покинув пылающий «Акаги», Нагумо Тюити отправился на «Хирю», который благополучно избежал атаки пикирующих бомбардировщиков, но еще до того, как он добрался до авианосца, командир «Хирю», тайса Каку Томео, выслал свои самолеты в атаку против вражеских оперативных соединений.
Выдвинувшись в место предполагаемого нахождения американской эскадры, они обнаружили «Йорктаун», но и сами были замечены радиолокационной установкой. В 11:59 двенадцать американских истребителей перехватили их, навязали бой и сбили почти половину из них. Однако половина - это еще не вся авиагруппа, тем более уж почти половина. Восемь пикирующих бомбардировщиков благополучно прорвались к авианосцу и сбросили бомбы, три из которых угодили точно в цель. Две из них прошли через полетную палубу и взорвались на ангарной палубе, вызвав пожар среди находившихся там самолетов. Третья взорвалась в дымовой трубе, и погасила этим топки котлов. На некоторое время «Йорктаун» потерял скорость, однако весьма быстро пожары и повреждения были локализованы, и к 13.50 поврежденный авианосец спокойно давал 19 узлов. Пожар на ангарной палубе также был потушен, авианосец вновь начал прием и выпуск самолетов.
Еще девять минут спустя субмарина «Наутилус», которая все утро пыталась отыскать противника, обнаружила борющийся с последствиями налета американцев «Сорю». Несмотря на охранявший его эскадренный миноносец, подводная лодка атаковала японский авианосец, поразила его тремя торпедами и благополучно ретировалась.