Cuando Yamamoto, a bordo del acorazado Yamato, recibió la noticia del hundimiento de sus tres buques, se quedó perplejo, ya que eran la espina dorsal de su baza ofensiva. Atribuyó toda la culpa a Chuichi Nagumo, que sobrevivió a los ataques y a fin de humillarle, le nombró inmediatamente comandante de los tres portaviones destruidos, relevándole de la batalla.

Fue Tamon Yamaguchi, más audaz e inteligente que Nagumo, quien tomó las riendas de la desastrosa situación en que se encontraban los japoneses. Ordenó salir inmediatamente de la zona de combate a todos los buques a la vez que envió a sus aviones de exploración a localizar a la flota enemiga y destruir los portaviones norteamericanos.

El portaaviones japonés Hiryu ardiendo en la mañana del 5 de junio de 1.942. Poco después de tomarse esta fotografía, se iría a pique.

El Hiryu, ahora único portaviones superviviente, tardó poco en pasar a la acción y contraatacar. La primera oleada de bombarderos japoneses, en cuanto estuvieron localizados los objetivos, dañaron muy seriamente al Yorktown, si bien la eficacia y rapidez de sus ingenieros y mecánicos en reparar la nave fue tal, que la segunda oleada japonesa de bombarderos lo confundieron con un portaviones intacto.

A pesar de que las esperanzas japoneses se centraban en eliminar dos portaviones en dos oleadas, el Yorktown soportó ambos ataques, ya que como hemos mencionado, los pilotos japoneses pensaron que se trataba de otro portaviones, en concreto el Enterprise. Estas dos oleadas, lo dejaron fuera de combate, pero su sacrificio propició que los dos portaviones de la Task Force 16 salieran indemnes. Poco tiempo después (el 7 de junio) y a pesar de los esfuerzos por mantenerlo a flote, los torpedos de un submarino japonés, el I-168, hundieron de forma definitiva al malogrado Yorktown.
El ataque norteamericano no se hizo esperar y a las 17:00, un grupo de aviones del Enterprise atacaron justo cuando el portaaviones Hiryu se colocaba proa al viento para lanzar sus aviones. Inmediatamente, los aviones de la patrulla aérea japonesa se lanzaron a la defensa y derribaron 3 Dauntless. El Hiryu, a máxima velocidad, intentó evadir el ataque tomando personalmente el timón su comandante, el capitán Takeo Kaka. En un primer momento, el Hiryu pareció esquivar hábilmente los torpedos lanzados contra él, pero finalmente le alcanzaron 4 bombas de picado, de las cuales, una estalló en el puente y las otras entre los aviones que estaban despegando, desatándose un infierno en el Hiryu, que tuvo que detenerse. Una de las bombas penetró bajo el ascensor de proa y lo hizo saltar por los aires, provocándole un grotesco boquete y exponiendo toda la estructura interna. En ese momento aparecieron los acorazados Harina y Kirishima a fin de cubrir al Hiryu, pero no había nada que hacer: el Hiryu se hundía. Se fue a pique a las 08:00 del 5 de junio y únicamente se pudieron rescatar a 35 hombres.

A medida que la noche se cerraba, ambos bandos se retiraron a lamerse las heridas y a planificar planes alternativos para determinar sus acciones en cuanto despuntara el alba. El Almirante Spruance se encontraba ahora en el comando táctico de las fuerzas norteamericanas, ya que el Almirante Fletcher se había visto obligado a abandonar el agonizante Yorktown. Spruance sabía que habían logrado una gran victoria, pero aún no estaba seguro de que los japoneses estuvieran del todo sometidos, con lo que determinó salvaguardar Midway y sus portaviones. Consecuentemente, decidió retirarse hacia el este durante la noche, desestimando realizar ninguna acción durante la noche en previsión a las posibles fuerzas de superficie japonesas que rondaran por el área. Ya a al despuntar el alba, viró al oeste a fin de encontrarse en posición para cubrir Midway en caso de producirse una invasión del atolón esa misma mañana.

El USS Yorktown poco después de que fuera alcanzado por tres bombas japonesas el 4 de junio de 1.942. El marinero en primer plano, con el martillo, está tapando el agujero de entrada de una bomba en la cubierta de vuelo.

Por su parte, Yamamoto inicialmente decidió continuar con su esfuerzo por acabar con los norteamericanos y ordenó a la totalidad de la fuerza principal avanzar en zig zag a la máxima velocidad hacia Midway con el objetivo de destruir con fuego artillero la isla y sus instalaciones y además emboscar a las fuerzas norteamericanas. Añadió, además, la orden de acudir al lugar a las fuerzas que se habían destinado al ataque de distracción en las Aleutianas
Yamamoto intentó buscar una batalla decisiva al acercar sus acorazados y cruceros a Midway, sin embargo, el almirante Spruance hizo retirar prudentemente su fuerza más hacia noreste para evitar caer en una emboscada artillera nocturna, que era la especialidad japonesa. Al no haber detectado a la flota estadounidense en el amanecer del 5 de junio, Yamamoto tuvo que reconsiderar su línea de acción. Los cruceros se situaron en el horizonte de Midway y empezaron a bombardear sistemáticamente las instalaciones de la isla.
Cuando Spruance supo que la isla estaba siendo cañoneada, ordenó a sus fuerzas, en la tarde del 5 de junio, aproximarse al sector para impedir un desembarco. El contralmirante Ugaki del estado mayor de Yamamoto se encerró con el almirante en la sala de mapas del Yamato, y entre ambos, se reconsideró el bombardeo que se efectuaba en ese instante, Ugaki no tenía clara la situación estadounidense, y convenció a Yamamoto de abortar su plan de conquista de Midway sobrestimando el potencial estadounidense. Así, el 6 de junio a la 01:00, Yamamoto dio la orden de retirada.
Para colmo de males, los japoneses aún sufrieron otro revés. Durante la maniobra de retirada, los cruceros pesados Mikuma y Mogami, se embistieron mutuamente debido a la espesa niebla reinante. Este accidente provocó que tuvieran que reducir su velocidad (debido a los daños sufridos) y junto a su escolta de destructores, fueron alcanzados por los aviones del Enterprise en la mañana del 6 de junio. El resultado del ataque norteamericano fue el hundimiento del Mikuma y provocar severos daños al Mogami, que a duras penas consiguió llegar a su base en Truk.

Las consecuencias.
Tras la clara victoria, los norteamericanos se retiraron. Japón había perdido cuatro de sus portaviones, con lo que únicamente quedaban operativos el Zuikaku y el Shokaku, provocando el frenazo a la expansión japonesa en el Pacífico. Esto permitió, por primera vez en el conflicto, que los norteamericanos tomaran la iniciativa ofensiva.
A pesar de ello, los japoneses no disminuyeron su ferocidad en combate y pasaron muchos meses antes de que la U.S. Navy pudiera pasar de un estado de paridad, al estado de superioridad naval con respecto a sus adversarios, si bien sólo dos meses después, los norteamericanos atacaron Guadalcanal, cogiendo a los japoneses por sorpresa y pudiendo asegurar, de este modo, las líneas de suministro a Australia y el Océano Índico y provocando, a la vez, efectos que a la larga, tendrían repercusiones en el transcurso de la guerra. Sin ir más lejos, la defensa por parte de los británicos del Canal de Suez, en Egipto, contra el Afrika Korps alemán, fue reabastecida mediante transportes aliados provenientes de las rutas del Océano Índico.
Por otro lado, si bien Midway no fue causante de la destrucción de la aviación naval japonesa, si es cierto que provocó un serio castigo entre sus filas, que se tradujo en un duro revés para la fuerza aérea. Y es que los programas prebélicos de entrenamiento habían tenido sus frutos, brindando excelentes remesas de pilotos de combate, pero en un promedio de hombres muy bajo.

Esta pequeña élite de aviadores, combatió en Midway, llegándose a perder en un solo día tantos pilotos de élite como se habían formado en los programas de entrenamiento durante un año. De este modo, en posteriores combates como Guadalcanal, las Salomón o Santa Cruz, los pilotos japoneses, formados ahora con mucha mayor rapidez, en detrimento de la calidad, eran mucho más novatos e inexpertos, con lo que fueron presa fácil para los pilotos norteamericanos. Y la idiosincrasia de los mandos nipones, inició una rueda que a la postre, acabaría con cualquier vestigio de superioridad aérea nipona: los pilotos veteranos y expertos, fueron enviados al combate, con lo que en los programas de entrenamiento, poco a poco fueron desapareciendo los que mejor podían dirigir dichos programas. Muy al contrario que en el bando estadounidense, donde los mejores pilotos eran enviados a casa a formar nuevas hornadas de aviadores de combate.

Aún peor fue la pérdida, irremediable, de cuatro portaviones. Éstos, no pudieron ser completamente reemplazados hasta principios de 1.945, cuando ya era demasiado tarde para que pudieran desequilibrar la balanza en favor de Japón. Y es que en ese mismo lapso de tiempo, la U.S. Navy comisionó más de dos docenas de portaviones de flota y de tipo ligero, así como numerosos portaviones de escolta.
Así pues, se puede afirmar que la batalla de Midway, marcó efectivamente el punto de inflexión en la guerra del Pacífico, dando pie a lo que se hubo de convertir en el principio del fin del Imperio nipón, que poco a poco se vería abocado al abismo del fracaso.