Эта атака добила «Сорю». Хотя он и продержался на плаву до семи часов вечера, огонь и вода из пробоин сделали свое дело - в 19:10 корабль тайса Янагимото Рюсаку лег на борт и затонул. Находившийся рядом с ним «Кага» пережил своего собрата ненадолго: пятнадцать минут спустя после гибели «Сорю», на продолжавшем борьбу с пожарами корабле взорвались цистерны с бензином и он тоже отправился на дно морской пучины.
Это, однако, произошло позже, пока же оба авианосца еще продолжали бороться за жизнь, а «Хирю» - за победу. В 14:27 американцами была обнаружена вторая группа самолетов противника, надвигавшаяся на «Йорктаун». Бомбардировщиков в ней не было, она состояла из истребителей и торпедоносцев. Американцы вновь пошли на перехват и в новой ожесточенной стычке их истребители сбили большую часть атакующих авианосец самолетов, но пять из них все же успели сбросить торпеды. С двумя из них «Йорктауну» разминуться не удалось - они угодили ему в борт. На авианосце разорвало обшивку корпуса, машины остановились, образовался крен, который продолжал увеличиваться. В 15:00 экипаж покинул потерявший ход корабль, из борта которого валил дым, и адмирал Браун двинул свое 17-е оперативное соединение на восток, оставив авианосец на волю ветра, волн и эсминца «Хамманн», капитану которого было поручено добить авианосец торпедами, если потребуется, но не дать японцам захватить его.
Пока торпедоносцы и бомбардировщики с «Хирю» атаковали «Йорктаун», самолет-разведчик с этого авианосца обнаружил сам «Хирю» (который теперь отходил на северо-запад) и прикрывавшие его два линкора, три крейсера и четыре эсминца. «Саратога» и «Хорнет» немедленно выслали к нему свои эскадрильи пикирующих бомбардировщиков, которые к этому времени уже вернулись на авианосец, где приняли горючее и перевооружились, а так же почти все свои истребители для их защиты.
К 17:00 атакующие самолеты оказались в непосредственной близости от авианосца. Жалкие остатки армады истребителей, которая была у «Кидо бутай» в начале этого дня, попытались оказать сопротивление превосходящим силам противника, но были довольно быстро уничтожены, после чего бомбардировщики вошли в пике. Группа авианосца «Саратога» атаковала первой и добилась восьми попаданий в «Хирю» - последний из больших японских авианосцев, которые так успешно начали этот день.
Увидев, что «Хирю» сильно горит, бомбардировщики с «Хорнета» атаковали линейный корабль «Харуна» и крейсера «Тоне» и «Тикума» - эти, правда, безрезультатно.
Казалось, что на этом бой закончен, причем закончен победоносно, и адмирал Холси обеспечил США безусловное господство на море; хотя «Йорктаун» и был оставлен экипажем, «Саратога» и «Хорнет» не имели никаких повреждений. Господство американцев в воздухе означало и их господство в районе боевых действий, в связи с чем у Ямамото был только один путь - отступать. И именно тогда, когда авиагруппы американцев разворачивались к своим кораблям, Ямамото применил свой последний козырь: добравшиеся наконец-то к месту сражения «Секаку», «Щорс», «Рихтгофен», «Комсомолец» и «Цепеллин».
Теперь ситуация с атакой «Хирю» повторилась с точностью до наоборот: слабое истребительное прикрытие «Хорнета» и «Саратоги» не смогло долго сопротивляться Bf-109, Як-1 и Накадзима A6M2-N. И уже японские Аичи D3A, немецкие Junkers-87C и советские Су-2 заходили на штурмовку сквозь яростный зенитный огонь.
Впрочем, в штабе Нимица не зря сомневались в возможностях немецких и советских летчиков воевать на море. Если пилоты «Графа Цепеллина» имели хотя бы минимальный опыт реальной атаки морских целей, а пилоты истребителей и у немцев, и у русских были асами, воевавшими друг с другом еще в небе Испании, то штурмовики «Рихтгофена», «Щорса» и «Комсомольца» оказались подготовлены явно недостаточно (а уж о боевом слаживании между эскадрильями разных стран и вовсе речи не шло) и дружно промазали мимо американских авианосцев. Четыре из пяти попавших в «Хорнет» и «Саратогу» бомбы сбросили японцы.
Подошедшие вторым эшелоном торпедоносцы Накадзима B5N с восходящим солнцем или крестами на крыльях (15) и Р10-Т со звездами тоже не смогли нанести серьезного ущерба: японцами были потоплены два эсминца эскорта - немцы и русские, упорно рвущиеся к основным целям, потеряв по две трети своих машин все же смогли поразить «Саратогу» и «Хорнет». Каждому досталось по одной торпеде. На обоих авианосцах вспыхнули пожары, корабли потеряли часть хода, но, как и в случае с «Йорктауном» после первого налета, с повреждениями удалось справиться и оба корабля даже смогли принять часть своих авиагрупп. Большинству, самолетов, впрочем, пришлось совершить посадку на Мидуэй, поскольку Холси, опасаясь повторения атак, отдал приказ соединению отступать в Перл-Харбор.