Ирония судьбы заключается в том, что, когда «Йорктаун» был атакован, его собственные самолеты помогали расправиться с противником, нанесшим роковой удар. Около 11.00, после атаки «Акаги», «Кага» и «Сорю» адмирал Флетчер приказал выслать 10 «Доунтлессов» с «Йорктауна» на поиски японского авианосца (ведь разведка сообщала, что их будет 4 или 5). Один из этих разведчиков сообщил, что видит неповрежденный «Хирю» под прикрытием 3 линкоров, 3 крейсеров и 4 эсминцев примерно в 110 милях от «Йорктауна». Сообщение немедленно передали адмиралу Спрюэнсу, и тот в 15.30 отправил с «Энтерпрайза» ударную группу в составе 14 «Доунтлессов» «Энтерпрайза» и 10 «Доунтлессов» «Йорктауна». Пикирующими бомбардировщиками командовал лейтенант Уилмер Э. Галлахер, командир разведывательной эскадрильи «Энтерпрайза». Пикировщики полетели одни, так как все уцелевшие истребители были оставлены на авианосце, чтобы защищать его от возможных воздушных атак. (4 июня только истребители «Йорктауна» участвовали в боях. Один из них был сбит во время атаки японских авианосцев, а 4 – при патрулировании над собственным авианосцем.) Лейтенант Галлахер заметил «Хирю» в 17.00.

У адмирала Ямагути остались только 6 истребителей, 5 пикирующих бомбардировщиков и 4 торпедоносца, которые опытные механики сумели подготовить к новому вылету. Ямагути решил произвести в сумерках третью атаку и готовил к вылету разведывательный самолет, когда были замечены самолеты «Энтерпрайза». Несмотря на отчаянные маневры, в «Хирю» попали 4 бомбы и 4 взорвались рядом с кораблем. Одна бомба разнесла носовой элеватор напротив мостика, другие вызвали неконтролируемые пожары. Ценой 2 SBD, сбитых во время атаки, и еще одного, упавшего в море от нехватки топлива, последний японский эскадренный авианосец, участвовавший в бою у Мидуэя, был тяжело поврежден.

К этой последней атаке японских авианосцев присоединились несколько «Летающих Крепостей», но их вклад ограничился пулеметным обстрелом горящего «Хирю». Это и стало единственным реальным вкладом 21 бомбардировщика ВВС в победу. Последнюю атаку в этот день произвели 16 «Доунтлессов» «Хорнета». Они нашли объятый пламенем «Хирю» и атаковали корабли сопровождения, но безуспешно. 6 SBD и 5 SB2U морской пехоты тоже вылетели с Мидуэя, чтобы атаковать горящий авианосец, однако не нашли противника.

Первый авианосец Нагумо ушел под воду 4 июня в 19.20. Им стал «Сорю», который унес с собой тела 718 офицеров и матросов.

Потом наступила очередь «Кага». Пожары, начавшиеся утром после атаки американских пикирующих бомбардировщиков, охватили весь авианосец, и в 16.40 старший помощник приказал команде оставить корабль. Однако через 2 часа пламя немного стихло, и аварийная партия вернулась на авианосец, чтобы попытаться спасти его. Но все усилия были напрасны, и люди снова покинули корабль. В 19.25, после двух сильных взрывов не то бомб, не то бензина «Кага», разломился и затонул вместе с телами 800 человек команды.

Горящие «Акаги» и «Хирю» продержались на плаву до утра 5 июня. Когда на палубе «Акаги» горели и взрывались самолеты, его машины оставались невредимы. Пожары на ангарной палубе и повреждения корабельных средств связи отрезали машинные отделения от мостика, и никто внизу не получил приказа покинуть пост. Пожары вышли из-под контроля, и в 18.00 капитан приказал оставить корабль. После того, как эсминцы сняли уцелевших моряков, капитан 1 ранга Тадзиро Аоки радировал адмиралу Нагумо, прося разрешения затопить авианосец. Сообщение было получено адмиралом Ямамото, который немедленно приказал отложить затопление. Получив такой приказ, Аоки один вернулся на авианосец и привязал себя к якорю. Наконец 5 июня в 3.50 адмирал Ямамото дал разрешение затопить «Акаги». Штурман авианосца вернулся на корабль и убедил Аоки покинуть его. 4 японских эсминца выпустили торпеды в поврежденный «Акаги» и через 7 минут, в 4.55, он пошел на дно. Когда волны сомкнулись над полетной палубой авианосца, внутри него произошел сильный взрыв, потрясший эсминцы. На «Акаги» погиб 221 человек.

«Хирю», последний авианосец соединения Нагумо, поврежденный накануне, тоже вот-вот должен был пойти на дно. После атаки пикирующих бомбардировщиков «Энтерпрайза» машины «Хирю» отказали, и в 21.33 авианосец остановился. Его крен увеличился до 15º, и 5 июня в 2.30 уцелевшим морякам было приказано покинуть корабль. Однако адмирал Ямагути и командир корабля капитан 1 ранга Томео Каку остались на борту гибнущего авианосца. Штаб пытался убедить Ямагути покинуть «Хирю», но адмирал, которого все называли преемником Ямамото, отказался. Перед тем как команда покинула корабль, адмирал обратился к ней с небольшой речью. Он заявил: «Как командир дивизии авианосцев я целиком и полностью отвечаю за гибель «Сорю» и «Хирю». Я решил оставаться на борту до конца. Но я приказываю всем вам покинуть корабль и продолжать вашу верную службу его величеству императору».

Командир дивизиона эсминцев, прикрывавшего авианосец, поднялся на борт гибнущего корабля, чтобы убедить двух офицеров покинуть «Хирю». Однако он вернулся на свой флагманский эсминец один. В 5.05 он приказал двум эсминцам потопить «Хирю» торпедами. Приказ был выполнен. Раздались несколько взрывов, корабль вздрогнул от удара, но пока не тонул. Наконец в 8.20 «Хирю» ушел под воду, унося с собой 416 человек, двое из которых были привязаны на мостике.

Приказ оставить «Хирю» не дошел до машинного отделения. В течение ночи температура там значительно повысилась, так как на палубе наверху бушевал пожар, но с мостика не поступало никаких приказов. Время от времени механики лили воду на потолок, чтобы снизить температуру. Когда люди в машинных отделениях № 1 и № 4 начали терять сознание, уцелевшие собрались в отделении № 2. Никто ничего не знал о судьбе механиков отделения № 3. Рано утром 5 июня 67 человек сумели пробиться на полетную палубу авианосца. Так как «Хирю» начал тонуть, 39 человек нагрузили водой и пивом спасательный вельбот и спустили его на воду. Вместо паруса они подняли одеяло и отправились в плавание, надеясь добраться до Уэйка или Маршалловых островов.

Их одиссея закончилась через 2 недели. 4 человека умерли, прежде чем вельбот был замечен американской базой гидросамолетов «Баллард». Один из японцев скончался на борту «Балларда», но 4 офицера и 30 матросов машинной команды «Хирю» были спасены.

Пятый авианосец был потоплен уже после боя. Получив приказ капитана 1 ранга Букмастера, экипаж покинул «Йорктаун», однако авианосец не только не перевернулся, а почти выровнялся без помощи людей. После эвакуации команды крейсера и эсминцы бросили авианосец и пошли на восток, подальше от японцев. В 18.00 адмирал Флетчер отправил один эсминец, чтобы тот держался рядом с «Йорктауном» и потопил авианосец, если его попытаются захватить японцы. Утром 5 июня командир эсминца радировал в Пирл-Харбор, что, по его мнению, корабль еще можно спасти. Потом наблюдатели эсминца заметили пули, вспенивающие воду между двумя кораблями, а затем и человека, машущего им с палубы авианосца. Оказалось, что на «Йорктауне» остались двое раненых, брошенных умирать в лазарете. Один – который скончался вскоре после спасения – сумел выползти наверх и открыл огонь из пулемета, чтобы привлечь к себе внимание. Адмирал Нимиц, внимательно следивший за ходом боя, приказал еще одному эсминцу, буксиру и тральщику идти на помощь авианосцу. Если бы имелся большой буксир или крейсер, который смог бы буксировать «Йорктаун», тот несомненно был бы спасен. Однако 5 июня прибыл только маленький тральщик «Вирео». В 14.26 с него на авианосец завели буксирный трос, но тральщик смог лишь развернуть авианосец против встречного восточного ветра. 2 эсминца, прибывшие чуть позднее, высадили на авианосец аварийную партию, которая расклепала якорные цепи, чтобы облегчить корабль. Тем временем, в 150 милях от собственного корабля капитан 1 ранга Букмастер сформировал на борту эсминца «Хамманн» спасательную партию из 29 офицеров и 141 матроса. «Хамманн» и еще 2 эсминца помчались навстречу еле ползущему «Йорктауну». 6 июня в 14.00 они нашли авианосец. Вскоре прибыл еще один эсминец, и теперь «Йорктаун» прикрывали в общей сложности 6 эсминцев.