19时13分，苍龙号与加贺号先后沉没。
20时30分，山本五十六命令伊168号潜艇于23时开始对AF的机场炮击，并通知说之后会有第七战队（栗田）加入炮击。
22时50分，南云报告：“敌人还有航母4艘，我方航母全灭。”
1942年6月5日2时55分，霓虹联合舰队司令山本五十六大将否决了其首席参谋黑岛大佐提出的集中全部舰只在白天轰炸并登陆中途岛的挽回败局的方案，下令：“取消中途岛的占领行动。”并表示“所有责任由我一个人来担当，我回去向天皇陛下请罪。”他把自己关进会客室，一连三天拒绝会见部下。
3时50分，南云收到山本“击沉‘赤城号’”的命令。
5时00分，抢救失败的赤城号航空母舰被日军舞风号、萩风号、野分号和岚号驱逐舰发射的鱼雷击沉。
5时10分，无法挽救的飞龙号航空母舰被日军驱逐舰发射的鱼雷击沉。第二航空战队司令山口多闻和舰长加来止男选择与舰共沉，部分被大火困于船舱底部的船员自鱼雷击穿的洞口逃生获救。
此日，美军派出多波战机追击日军军舰，但均未发现山本的主力舰队。
1942年6月6日3时45分，日军两艘重巡洋舰最上号和三隈号在浓雾中转向时互撞，最上号重创，三隈号及另两艘驱逐舰留下护航。
8时05分，中途岛起飞的12架陆战队轰炸机追击三隈号及最上号。
三隈号遭到击沉，而重伤的最上号则最后逃过美军轰炸，返回特鲁克岛基地。美军接着试图追击早在数小时前沉没的飞龙号，不过只找到了谷风号驱逐舰。但是，双方并无任何战果。
13时00分，1942年6月7日13时00分，日军伊-168号潜艇发现了约克城号，随即发射4条鱼雷，2条命中约克城号，1条命中护航的哈曼号驱逐舰，哈曼号驱逐舰随即沉没，约克城号一直飘浮到第二天中午才沉入海底。
被攻击同时，美军其它6艘驱逐舰曾试图反击伊-168号，但伊-168号最终安全撤离。
分析起霓虹失败的原因，首当其冲的就是霓虹海军骄傲自大，狂妄轻敌。
骄兵必败，这是霓虹海军在这次海战中的真实写照，也是霓虹海军在这次海战中失败的根本原因。
战争初始阶段，霓虹海军表现很好，尤其是偷袭珍珠港，做到了计划周密，准备充足，作战精确无误，取得了意想不到的辉煌战果。
但是由于这个阶段过于顺利，使霓虹海军上下被胜利冲昏了头脑。在这次海战上，没有了开战初期那种兢兢业业的态度。
作战计划制定仓促，漏洞百出，对反对意见置若罔闻。而对作战计划进行检验的图上演习也是敷衍了事。
例如，演习中南云部队在空袭中途岛时遭到美陆基飞机的攻击，裁判判定霓虹舰队被命中9次，两艘航空母舰被击沉。
可主持演习的宇垣少将命令将命中次数改为3次，改判为一艘航空母舰被击沉，另一艘轻伤，可不久这艘被击沉的航空母舰又从海底浮了上来，参加了下一阶段的战役。
而霓虹南云忠一中将的第一机动部队的官兵也对战役抱着“无论是什么任务我们都可以完成”的态度，没有认真准备。霓虹海军全军上下狂妄自大，这也是导致后来一连串错误，致使日本海军失败的根源。
再就是情报战的失败。战争在当时已经向多维空间发展，情报战和信息战已经成为制约战争胜利的主要因素之一。
在这次海战中美军取胜的王牌就是事先破译了霓虹海军的密码，在战役爆发前就了解了霓虹海军的作战计划和作战部署。这样就能集中力量伏击日军。
当时负责密码破译的莱顿中校向司令部预报：“霓虹机动舰队将从西北方来，方位325度，将在离中途岛175海里的地方被我们发现，时间是中途岛时间6时。”
当在准确的时间发现霓虹舰队后，尼米兹向莱顿中校说：“祝贺你，与你预报的只差了5海里。”反观霓虹，他们在战前没有搜集到任何有价值的情报，预定的侦察行动也由于种种原因取消了。
因此对敌情作出了完全错误的判断。双方一明一暗，使丑国享尽了先机之利。
霓虹作战计划的错误。首先，霓虹犯了分散兵力的错误。霓虹的舰只虽多，却被分为相互不能直接支援的六支，将2艘航空母舰用于遥远的北方，使得在中途岛方向主要靠南云舰队的4艘航空母舰，这4艘航空母舰上共有舰载机261架。
而丑国海军最大限度的集中部署自己的力量，全部可用于中途岛方向的飞机达到354架，在数量上反而占了优势。
其次。在给南云舰队的任务是两个根本矛盾的任务。一个任务是空袭中途岛，为登临作战作火力准备。
这就严格限制南云舰队的行动自由。可另一个任务确是与敌人舰队接触并歼灭之，这又要求南云舰队根据情况完全机动行事。
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