然而面对日本机动性能更高一筹的“零”式战斗机和身经百战的防空炮手，没有任何一位驾驶“蹂躏者”的“初生牛犊”，能在日本航空母舰上留下打击的痕迹，他们的攻击甚至连舰体边都没碰着。来自“大黄蜂”号的“第8鱼雷攻击编队”的15架“蹂躏者”鱼雷攻击机全军覆没，而从“企业”号起飞的14架鱼雷攻击机中，也有10架遭遇同样命运。尽管如此，鱼雷攻击机飞行员的勇气却丝毫没有减弱。上午10时25分，由小克拉伦斯·麦克拉斯基海军少校率领的机群进入战场，这些是来自“企业”号航空母舰的“勇敢者”式俯冲轰炸机，它们出现在“赤城”号和“加贺”号上方空域的时候，日本“零”式战斗机正陷入美国鱼雷攻击机低空攻击战术的纠缠，其战斗巡逻高度被吸引到低至几乎要碰到浪尖的位置，因此，日本飞机无法获得与麦克拉斯基俯冲轰炸机编队交战的足够纵向空间。
几乎是同一瞬间，“约克敦”号的舰载机也发现了“苍龙”号的踪迹。虽然，“约克敦”号的鱼雷攻击机的打击效果，并不比“企业”号或“大黄蜂”号的同僚要好多少，但是却成功使这三艘日本航空母舰甲板上正在加油和装弹的飞机，陷入了混乱不堪的状况。在很短的时间内，直到美国海军俯冲轰炸机将弹舱所载炸弹倾泻一空为止，它们还未遇到任何一架日本战斗机的干预。轰炸导致航空母舰上的油料被引燃，熊熊烈焰冲天而起，作战飞机所载军火弹药被激发爆炸，日本航空母舰变成了一团火球。
到6月4日上午10时30分，整个太平洋上的力量平衡发生了戏剧性的变化。三艘日本最大的航空母舰，带着耀眼的赤焰沉入大洋。数百名日本海军最为优秀的飞行员葬身火海，这一天过去之前，他们在战斗中的损失还将要更多。然而，这场战役还未结束。
刘易斯·霍普金斯，一位来自佐治亚州的23岁海军少尉，在中途岛战役期间，他驾驶一架道格拉斯SBD“勇敢者”式俯冲轰炸机，从“企业”号航空母舰飞行甲板升空作战。对于霍普金斯和他飞行中队的伙伴们而言，大写字母“SBD”的含义是“速度虽慢但能致敌于死地”（Slow But Deadly）。在1942年6月4日这一天，霍普金斯期待这种飞机会与其称呼第二部分意义相符：“致敌于死地”。
刘易斯·霍普金斯，美国海军少尉
美国海军“企业”号航空母舰
中途岛东北155英里处水域
1942年6月4日
当地时间：10时50分
我认为，道格拉斯公司的SBD型俯冲轰炸机最为出色的方面在于，这是一款为其所负使命的实际能力而制造的飞机，这意味着，它能够完成赋予给它的任务。就我而言，我觉得，没有任何一种俯冲轰炸机的设计和制造好于SBD型俯冲轰炸机。
6月4日那天，我凌晨3时就起了床，早晨到舰上飞行员食堂吃早餐，我拿了不少的鸡蛋，放了一盘子。
我们在前一夜接到命令，我们要在这天早晨攻击去日本舰队，我想，这大概是我第一次携带一枚“真正的炸弹”上天，此前，我从未有过挂带实弹飞行的经历。我们早晨7时20分起飞，朝西南方向飞行，那是报告所声称发现日本航空母舰的区域。
好了，大约在9时20分，我们飞抵搜索机飞行员报告中假定的区域，但是，那里却连个敌人影子也没看见。于是，飞行队长麦克拉斯基海军少校向我们发出信号指令，要求再进行15分钟的搜索飞行。所有其他的海军少尉和我，都紧盯着我们驾驶舱里的航行测绘标图版，大家同时也都在想：“嗨，我们的油料快用完了！我可怎么飞回去呀？”
我们编成一个“箱式队形”搜索，展开一组连续的右转飞行，我们看到了，在远处空域有升起的黑烟，那是日本人正在对我们的鱼雷攻击机进行还击。10时20分，我们抵达日本舰队的上空，带队长官发出攻击信号。
我们以每小时300英里的速度，从2.2万英尺高空俯冲而下，在42秒钟内就骤降至2500英尺的高度。在空中，每架SBD型俯冲轰炸机都已确定了自己的方位，投弹的准备一切就绪。这艘战舰是日本海军的“赤城”号航空母舰，当我驾驶飞机高速向下俯冲时，“赤城”号已经被击中了，舰体燃起大火，随后沉入水中，四周海面上遍布着弃船跳水逃生的日本水兵。这个场面并没有让我们停止轰炸，我们投下了更多的炸弹。这是参与袭击珍珠港行动的日本战舰中的一艘。
当我从俯冲投弹状态中将飞机猛然向上拉起的时候，我遭到一架日本战斗机的攻击，所以，我必须要使出浑身解数，做出我曾经学习过的机动规避动作。几乎就在我刚刚摆脱“零”式战斗机的纠缠后，我回头望去，映入我的眼帘的是，三艘日本航空母舰的飞行甲板全都发生了爆炸，冲天的大火从舰首烧到舰尾。仅几分钟时间，一切都结束了。
可是，我们不能滞留过长的时间来观看这个景象。我们所有飞机的燃油都即将耗尽，必须考虑返回“企业”号了。
美国海军“约克敦”号航空母舰
中途岛以北175英里处水域
1942年6月4日
当地时间：12时05分
这场惊心动魄的海战还没有到结束的时候。美国海军“约克敦”号航空母舰所在的位置，与日本舰队之间距离最远，在三艘美国航空母舰中，该舰也是最后发起攻击行动的。在“约克敦”号舰载机对“苍龙”号发动空袭的同一时刻，刘易斯·霍普金斯海军少尉和他那些“企业”号航空母舰的战友，已经在痛击日本航空母舰“加贺”号和“赤城”号，这只是因为“约克敦”号的飞行中队要飞行更远的航程，才能抵达他们的打击目标“苍龙”号上空。然而，令杰克·弗莱彻海军少将和“约克敦”号遭遇不幸的原因，就在于他们这批飞机是最后离开那三艘起火燃烧中日本航空母舰上空的。
在返航途中，弗莱彻的飞行员向他描述了三艘日本航空母舰沉没的场景，在听过报告后，这位舰队司令内心一阵担忧，他的担忧是有理由的。从“海波情报站”所截获电文信息中，杰克·弗莱彻得知，南云舰队中有四艘大型航空母舰，而剩下的那艘未遭袭击航空母舰的舰载飞机，极有可能会尾随着他那些返航飞机跟踪而至。如果这种情况真的出现，那“约克敦”号的麻烦可就大了。现在，“约克敦”号及其第17特混舰队的护航军舰，正向“大黄蜂”号和“企业”号航空母舰靠近，届时，如果这两艘战舰为躲避日本飞机而加速退走，那么，留下的已经受损的“约克敦”号，则难逃脱覆灭的命运。
事实证明，杰克·弗莱彻的担忧是正确的。上午10时——也就是美国飞机正在前往攻击“赤城”号、“苍龙”号和“加贺”号的飞行途中时——已经有18架轰炸机在六架战斗机的护航下，从未遭到袭击损伤的“飞龙”号航空母舰起飞。11时，当“飞龙”号的三艘姊妹舰都在熊熊大火中痛苦挣扎的时候，又有10架鱼雷轰炸机和多于六架战斗机从该舰升入空中。可以肯定，这些日本轰炸机发现了向东返航中的“约克敦”号的SBD型俯冲轰炸机，因为在12时05分，当“约克敦”号上担任空中战斗巡逻任务的飞机补给燃料时，舰上雷达发出警报，称在距离50英里外的空中，“飞龙”号的日本舰载机正在向“约克敦”号接近。
“约克敦”号慌忙释放飞机，并示意攻击“苍龙”号航空母舰的轰炸机不要返回，与此同时，弗莱彻发出了紧急求援信号。来自“企业”号和“大黄蜂”号航空母舰的战斗机，加入到“约克敦”号舰载机行列中，组成一个拥有28架作战飞机的空中战斗巡逻编队，向西疾行拦截日本攻击机群。虽然，在打击“约克敦”号航空母舰的行动中，仅有八架日本飞机获得成功，但是有三颗炸弹命中了“约克敦”号的要害。其中的一颗将刚修复的飞行甲板又给开了个大洞，第二颗钻入舰体内部爆炸，导致海水大量灌入，而第三颗则直接击中了锅炉。
14时25分，从“飞龙”号上起飞的第二批鱼雷轰炸机，掠过海面的波涛低空飞来，而此时的“约克敦”号尽管再度受损，但仍然还可以保持20节的航行速度。两枚日本鱼雷击中了“约克敦”号舰体左舷中部，战舰立即失去了动力并发生20度左倾斜，“约克敦”号面临随时倾覆的危险。有鉴于此，舰长埃利奥特·巴克马斯特海军上校发出了弃船令。
舰队司令杰克·弗莱彻把他的将旗改挂在“阿斯托里亚”号巡洋舰桅杆上，两支特混舰队的战术指挥权移交给雷蒙德·斯普鲁恩斯海军少将。多数“约克敦”号的舰载机都能够飞往中途岛着陆，或降落在另外两艘美国航空母舰任何一艘的甲板上。
至于“约克敦”号全体舰员，这是他们的战舰在一个月内第二次遭到日本人的重创。对于比尔·瑟吉而言，这场灾难并不使他感到陌生，似乎是一种曾经目睹过的场面。
比尔·瑟吉，美国海军航空机械师
美国海军“约克敦”号航空母舰
中途岛以北150英里处水域
1942年6月4日
当地时间：15时00分
第一次打击发生在中午，来自日本的俯冲轰炸机。尽管防空炮火密集而猛烈，但还是有几架日本飞机穿过舰炮弹幕，对我们发动了攻击，有三颗炸弹击中了我们的航空母舰。第一颗落在飞行甲板上，炸出一个大窟窿；第二颗穿透飞行甲板，在下层甲板爆炸并引起一场小火灾；但是，第三颗却顺着烟囱钻进舰体后发生爆炸，那是接近我们此前被击中过的位置。这颗炸弹造成的毁坏极其严重，爆炸摧毁了舱壁，舰体内部被炸开了一个如露天运动场般大小的空间。
但是，我们当时的处境，与所遭受的严重打击一样恶劣，两个小时之内，我们一直在“约克敦”号的后部区域忙于补救作业。下层甲板的火势大部分被扑灭了，我们再次修复了飞行甲板，然后想办法让锅炉保持工作状态。大约在14时30分，当我们在航行中释放和回收飞机时，日本人的又一轮攻击降临了。这次是鱼雷进攻，两枚鱼雷正好击中了我所在位置的下方。
爆炸威力是如此之巨大，以至于我被“实实在在地”抛向了空中。我要是没戴钢盔的话，飞溅的碎片就会直接砸在我的脑壳上。但是尽管这样，我还是被爆炸波敲打得不省人事，我浑身上下都是水和油，我想是输油管被炸坏了，那些燃油是从破裂的油管中喷溅出来的。
到我能站起身走动的时候，战舰的倾侧程度已经非常严重，静止在水面上不能动弹了。几分钟后，舰长传令弃舰。尽管舰上到处是伤员，比我预想的要多得多，但他们全都非常有序。我穿上一件救生衣，从船的一侧顺着绳索下去，或许那是一个绳梯。我奋力抓住一只救生筏的边网。我在水中只待了不长的时间，一艘驱逐舰驶到我们附近，从一侧抛下一只吊货网，我们攀爬上舰。
美国海军“企业”号航空母舰
中途岛以东45英里处水域
1942年6月4日
当地时间：20时30分
这天17时整，从“企业”号和“约克敦”号起飞的24架俯冲轰炸机，在距这两艘航母西北偏西方向100海里水域，发现了日本航母“飞龙”号的身影。竟日作战之后，“飞龙”号上的全体水兵都已筋疲力尽，当四架“勇敢者”向投下第一批炸弹时，这些日本人正在吃饭，炸弹即刻便将机库甲板层的一个汽油储油罐引燃。骤起的大火顷刻间便吞噬了舰体，“飞龙”号宛如一只燃烧的火炬。而到这天晚间的19时30分，“加贺”号和“苍龙”号，已经无声地躺在了海床上。
舰队司令斯普鲁恩斯从“企业”号传下命令，“约克敦”号护卫舰队加入掩护“企业”号和“大黄蜂”号的屏护舰队，然后向东航行，避免与山本五十六的战列舰和巡洋舰发生水面交战。
战役的后果
当6月4日的夜幕降临，雷蒙德·斯普鲁恩斯率领舰队退出战场向东撤离时，山本五十六也取消了夺取中途岛的命令，在日落前，率领联合舰队驶上返回日本的航程。
6月5日破晓时分，严重受损的“约克敦”号还依然在海面上漂浮。但是，在第一缕阳光投射到海平面时，日本驱逐舰则用鱼雷将己方的“赤城”号和“飞龙”号航母击沉了。尼米兹海军上将命令舰船拖拽“约克敦”号，他希望这艘航空母舰能被送回珍珠港的干船坞进行恢复修理。
那天晚些时候，因为企图避开一艘美国潜艇发射的鱼雷，两艘日本重巡洋舰“三畏”号和“最上”号撞在了一起。6月6日，来自“企业”号和“大黄蜂”号的飞机，对这两艘滞留水面的巡洋舰发动了攻击。“三畏”号当场被击沉，“最上”号设法坚持了一段时间后逃回日本。
同一天，日本伊-168号潜艇发现了正在缓慢驶向夏威夷的“约克敦”号。当时，“哈曼”号驱逐舰将缆绳拴在“约克敦”号右舷舰首，拖拽这艘失去动力的航空母舰前进，损失控制小组正在用消防泡沫材料奋力挽救这艘战舰。伊-168号潜艇向已遭重创的“约克敦”号射出四枚鱼雷，其中的一枚击中了“哈曼”号，这艘驱逐舰与舰上大部分水兵立刻就沉入了海底。
直到6月7日早晨为止，“约克敦”号航空母舰还漂浮在大海上，但最后终于支撑不住，在茫茫的太平洋上消失了。当山本五十六和切斯特·尼米兹在合计他们的得失结果时，“赛事记分牌”有如下显示：
日本方面的损失：四艘航空母舰和一艘重巡洋舰被击沉，332架作战飞机被击落，3500名官兵阵亡。
美国方面的损失：一艘航空母舰和一艘驱逐舰被击沉，147架作战飞机被击落，307名官兵阵亡。
