动力越来越弱，被炸坏的飞机着火燃烧，火苗直往舰桥上窜。南云仍然有些茫然，他拒绝了部下要他撤退到一艘等候着的驱逐舰上进行指挥的请求。十时四十七分，这位海军中将勉强听从劝告，不顾体面地从舰桥的一个窗口顺着绳子爬了下去。最后一个爬下来的是渊田，他发现绳子已经烧着了，铁涕子烫得不能沾手，他只好往下跳，摔坏了双踝。他躺在竹担架上，和几百名被烧伤和打伤的人一起，从锚甲板上转移到等候着的驱逐舰上。十一时三十分，青木泰二郎舰长下令撤退，他自己留在舰上，指挥着奋力控制住蔓延的大火的救火队。下午一时，天皇的照片被取了出来。但是直到下午七时半，舰长方才下达放弃这艘航空母舰的命令，在此之前，他坚持要让人把他捆绑在舱壁上，和他的指挥舱一起沉掉。午夜，燃烧着的“赤城号”仍然浮在水面上，舰长的部下在他的强烈抗议声中重新登舰抢救他。四个小时后，根据山本的命令，驱逐舰发射鱼雷击沉了这艘航空母舰。
当南云在上午十一时之前不久将他的旗子转移到“长良号”驱逐舰上的时候，他还有完整的“飞龙号”以及两艘战列舰、三艘巡洋舰和十二艘驱逐舰供他指挥。这使他有了反击美国特遣舰队的战斗机会，尽管这意味着仍然无法返回三艘燃烧着的航空母舰的飞机不得不降落在水面上。“进攻敌人的航空母舰，”“飞龙号”收到了信号。南云的部下知道，许多飞讥不可能从一艘航空母舰上起飞，但山口多闻司令官证实的情况：“我们所有的飞机正在起飞去歼灭敌人的航空母舰，”表明他没有意识到进一点，因为他是在前面差不多十英里的海面上。到目前为止，侦察机只发现“约克城号”特遣舰队，他根据侦察州的报告，只出动十八架俯冲轰炸机和六架战斗机。
飞行员的无线电网里互相抵触以及无法理解的交谈，也使弗莱彻和斯普鲁恩斯对战况不甚了解。直到开战后九十分钟，第一架飞机返回时，他们才知道美国在第一轮战斗中取得了胜利。对于“企业号”的飞行员来说，仅仅返回这艘航空母舰的确是另一场严峻的考验，因为他们发现他们的浮动起落跑道不在“选择点”。第十六特遣舰队的飞行指挥员忘记用无线电报告航空母舰的最新位置，它已向东航行了六十英里，因为它要调头迎风，趁“无畏式”轰炸机还在空中的时候让故斗机起飞和降落。麦克拉斯基的飞机在降落的时候，只剩下两加仑汽油；其他飞行员没有这么幸运，他们的飞机在发动机熄火之后，只好降落在水面上。第十七特遣舰队的飞行指挥员比较勤勉，莱斯利海军中校的得胜的俯冲轰炸机全都平安返回航空母舰。
六月四日半上午的时候，美国的特遣舰队和珍珠港的作战室都在审慎地欢庆胜利。联合舰队旗舰上却是一种完全不同的气氛，上午十一时前收到南云的信号：“由于遭到敌人的岸基和舰载飞机的袭击，‘加贺号’、‘苍龙号’和‘赤城号’都在着火燃烧。我们打算让‘飞龙号’同敌人的航空毋舰交锋，同时我们正向北撤退。”这个惊人的消息使山本的部下感到恐慌——可是他们的这位海军大将却没有什么直接的反应。他那由于胃病的折磨而已显得苍白的脸，只是微微颤栗了一下。除非他能集中分散的兵力，否则他就有可能把握不住这场决定性的海战和整个战役，面临着这种可能性，他紧急电令阿留申群岛以南的两艘航空母舰，同正在全速驶往中途岛的近藤海军中将的舰队会合。尽管南云发出信号，仍然有这样的可能性：海上只有一艘美国航空母舰。即使“飞龙号”的舰载机能够敲掉它，剩下的五嫂航空母舰和七艘战列舰仍然可能赢得决定性的胜利。
日本军进攻
正午前，“约克城号”的雷达发现“飞龙号”的俯冲轰炸机从西边飞来，它们相距还有约五十英里。弗莱彻估计有一艘日本航空母舰没有被击沉，因而早已派出十架“无畏式”飞机进行搜索。在上空盘旋的莱斯利海军中校剩下的俯冲轰炸机的降落被耽误了。现在它们奉命飞到安全地方，同时，十二架“野猫式”战斗机起飞迎击即将到来的敌机。在甲板下面，航空母舰的输油管充满了二氧化碳气——这是为了防止火势蔓延和连锁爆炸而采取的预防措施，是根据“约克城号”在珊瑚海海战的经验制订的办法。通过非凡的努力，轮机员设法从修补的锅炉取得足够蒸汽，推动这艘航空母舰以每小时三十海里的速度行进。
“约克城号”的战斗机驾驶员也吸取了珊瑚海海战的教训，设法抢占了高度，在敌机发动进攻之前就击落了三架护航的“零式”战斗机和六架轰炸机。弗莱彻在得到敌机即将俯冲过来的警报时，只是冷静地回答说：“哦，我已经戴上了钢盔。现在什么也干不了了。”但是航空母舰上的枪炮手却能够——而且做了。他们击落了另外两架“九九式”轰炸机，这两架飞机还没有来得及投弹。在垂直落下的六颗炸弹中，只有三颗击中目标。有一架飞机没有收住俯冲而粉碎了，机上载的一颗炸弹在飞行甲板上滚了一会儿，然后爆炸了，引起了火灾。另一颗炸弹掉进了大烟囱。爆炸引起的空气倒流，使这艘航空母舰六个锅炉中五个锅炉的炉膛灭了火。蒸汽压力下降了，“约克城号”的速度开始减慢，这时，第三颗炸弹穿过飞行甲板和机库，然后爆炸，在第四层装甲板上引起一场大火。
这样击中了三次，各自报销了一艘日本航空姆舰；但是，“约克城号”的弹药库迅速被水淹没，为防油管着火而使用二氧化碳，以及救火队迅速的行动，使这场大火不到一个小时就被制止。一时四十分，轮机员重新烧着了锅炉，飞行甲板上的缺口用木板补上了。巴克迈斯特舰长能够让他的航空母舰以每小时二十海里的速度行进，并且调头迎风，使剩下的俯冲轰炸机在油耗完之前在舰上降落。由于掉进大烟囱的那颗炸弹摧毁了雷达，随后发生的火灾烧掉了通讯中心，弗莱彻海军少将被迫将他的旗舰旗转移到“阿斯托里亚号”巡洋舰上，将作战指挥权交给“企业号”上的斯普鲁恩斯。
巴克迈斯特舰长的水兵的英勇行动博得了欢呼，他们使第十七特遣舰队完全恢复了空袭能力。南云不可能知道他的失败有多么惨重：现在，他在“约克城号”西南二百英里的海而上，把三艘着火的航空母舰丢给驱逐舰看管之后，正在率领一个遭到打击的攻击舰队向北行驶。他在损失了三艘航空母舰之后，“飞龙号”报告他们的第一次袭击成功了，肯定击沉了一艘美国航空母舰，因此，他相信美国只剩下一艘航空母舰。他仍然看到免遭惨败的希望。这个希望在下午一时后破灭了，在美国飞机第一次袭击之前，派去全面侦察中途岛附近海面上敌人部队的那架飞机飞回来了，由于无线电已坏，这架飞机没有完成侦察任务，不幸的飞行员返回时发现他的航空母舰一团大火，迫使他带着不幸的消息降落在“飞龙号”上：他至少肯定看到了两艘美国航空母舰。正在庆幸自己解脱了敌人的威胁的山口多闻海军少将，听到这个消息后大吃一惊。它证实了南云的最可怕的担忧：南云意识到他现在面临着至少一比二的劣势。
“约克城号”被放弃
在第一次袭击的飞机返回加油之前，山口多闻只剩下十架鱼雷轰炸机。它们在一时三十分出动去袭击敌舰，由六架战斗机护航。“飞龙号”老资格的飞行员友永海军上尉认为这项任务非常重要，他坚持要带队飞行，尽管他自己的飞机的油箱坏了，飞去就回不来。
一小时后，友永的自杀使命即将结束，在离第十七特遣舰队不到五十英里的地方，一艘巡洋舰发现了从西南方低空飞来的日本飞机，巡洋舰马上向“约克城号”发出警报，使后者来得及出动另外四架“野猫式”战斗机，它们和已在空中护航的八架一起前往截击。它们和“零式”战斗机发生了混战，击落了一架敌机。同时，“九七式”鱼雷飞机分头进攻，在桅顶的高度上，从四面八方向“约克城号”扑去。替这艘航空母舰护航的四艘重型巡洋舰采用了新战术：用重炮向前方海域发射炮弹，掀起一堵水墙。可是这个办法阻挡不住四个下定了决心的日奉飞行员，他们冲过水墙，在离“约克城号”舰首不到五百码的地方投下“长矛式”鱼雷，飞机掠过舰只时靠得很近，甲板上的炮手可以看见飞行员摇晃着拳头，以示蔑视。
巴克迈斯特舰长的受了伤的航空母舰，速度不够快，不能迅速躲避所有的鱼雷。两颗击中左舷，在油箱附近的舰壳上掀开两个大洞，并把舰舵轧住了。大量海水从洞口涌入，“约克城号”发生今人担忧的倾斜。不一会儿，抢险队报告：他们解决不了海水滔滔不绝流进来的问题，因为临时修补远远不能把水堵住。巴克迈斯特估计母舰很快就要倾覆，在下午三时前不久下令放弃。驱逐舰迅速靠近这艘行将倾覆的航空母舰，分秒必争地抢救幸存者，没有漏掉一位水手。许多跳进水里的水手客气地喊道：“出租汽车、出租汽车，”小船在平静的海面上搭救他们。
后来证明巴克迈斯特作出放弃舰只的决定为时过早，就在他作出这个决定的时候，一小时之前起飞的十架“无畏式”飞机侦察小分队，在下午二时四十五分左右到达南云舰队剩下的那艘航空母舰的上空。领飞的华莱士·肖特海军上尉发现底下有一艘呈方形的航空母舰，这就是“飞龙号”，在第十七特遣舰队西北约一百一十英里的海面上发现这艘舰，意味着美国人终于找到了情很机关在战斗前估计存在的第四艘日本航空母舰。