黑岛根据参谋们的建议而制定的初步方案简直是荒唐的。该方案要求所有战列舰，包括“大和”号在内，在6月5日大白天逼近中途岛，用它们的主炮轰击中途岛航空基地。这个方案提交给了宇垣少将，他至少认识到这个计划实际上是个什么玩意儿——是一个为了保全面子、不顾一切、蛮干、自取灭亡的方案，他直截了当地否定了这个计划。
在瓜岛滩头集结的美海军陆战队士兵。宇垣的干预打消了黑岛拟定的方案。但有些人想到要为战败担负责任，觉得不能忍受，他们为争取一个挽回面子的机会，不惜孤注一掷。有一位军官明白地反映了这种态度，他向宇垣抗议说：“我们怎么向天皇陛下交待这一败仗呢？”
此时，一直在旁边保持沉默的山本五十六突然开口说：“应该对天皇陛下谢罪的只有我山本一人。”
看来，山本似乎已经决定放弃攻击敌航空母舰和占领中途岛的任何企图。6月5日零点15分，山本采取了放弃这种企图的第一步，他命令近藤和南云的部队回到主力舰队来。该命令说：
一、中途岛攻略部队（除去目前在待机中的输送船团，但包括第七巡洋舰战队在内）和第一机动部队（除“赤城”号、“飞龙”号及其警戒兵力）加入主力。
二、今天9点整，主力将到达北纬32°08′，东经179°01′地点。航向90°，航速20节。
在这道命令自“大和”号发出后不到3个小时，即6月5日2点55分，联合舰队司令长官从“大和”号上又发出一道命令。这项命令最后肯定了日本联合舰队中途岛作战计划的失败。命令说：
一、撤销中途岛作战计划。
二、中途岛攻略部队和第一机动部队（除“飞龙”号及其警戒兵力外）同主力会合，这支联合部队于6月6日上午在北纬33°，东经170°地点加油。
三、警戒部队，“飞龙”号及其警戒兵力和“日进”号水上飞机母舰应开往上述地点。
四、输送船团西撤，摆脱中途岛敌机攻击范围。
在舰队西撤途中，各舰上的人员作何感想？是不是有人对自身虽损失了4艘大型航空母舰，但战列舰“主力”仍然完好无损而聊以自慰？但是，现在不可能还有很多人不痛切地认识到，光靠大炮是不能打胜仗的。失去了航空母舰，就失去了攻击力量的台柱。
联合舰队中几乎每一个人，都因认识到帝国海军刚刚遭到的惨败而深为痛心。
戟折而退
6月6日（日本时间6月7日），即原定要攻克中途岛的那一天的清晨，“大和”号旗舰已经离开中途岛600多海里，驶向日本。天气又变坏了，能见度很低，浓雾再次笼罩着一切。虽然舰队的主要部分已脱离了美国陆上飞机的攻击范围，但因不知道敌特混舰队在哪里，仍然叫人担心。美国航空母舰如在追踪，这样恶劣的天气倒是提供了防止敌机攻击的很好掩蔽，想到这里，倒使人得到一些安慰。
“大和”号左后方是“长良”号，它的旗杆上耻辱地飘扬着南云海军中将的中将旗。这面将旗也在给这位司令长官出丑，他曾在半年间无敌天下，如今竟落得惨败而归。
在“大和”号舰桥上，舰长担心敌机或潜艇追击，神色紧张地发号施令。在战列舰的后面，“凤翔”号轻型航空母舰断断续续不停地在派出和收回反潜机。在“大和”号下面的作战室里，参谋人员中的不安情绪与时俱增，他们彻夜围在大桌子旁，等待着事态的发展，沉浸在烦恼的思潮之中，生怕这一战役还未结束。
大家最担心的是负伤的“三隈”号、“最上”号重巡洋舰和护卫它们的两艘驱逐舰的安全。果然，6点30分，“三隈”号舰长崎山释夫海军大佐喊道：“发现两架敌舰载机！”接着，这几艘被围攻的军舰不断发来报告，把情况说得再清楚不过了：
“遭到6架俯冲轰炸机攻击，中一弹。敌航空母舰看来在追击。”
“6点45分，遭多架舰载机轰炸。发现一架敌水上飞机。”
“三架敌水上飞机在跟踪。敌水面部队看来也加入追击。”
“7点45分。‘最上’号中一弹，轻伤。击落敌机3架。”
“8点整，敌航空母舰和在此处活动的其他军舰在追击我们！我们驶向威克岛，方位030度，距离威克岛710海里。”
崎山舰长在敌机第三次轰炸时负伤，但他始终在舰桥上坚持指挥，直到“三隈”号沉没。他从沉舰上摔到海里，被一艘驱逐舰救起。但是，这位英勇的军官于6月13日终于在“铃谷”号巡洋舰的病舱里死去。
在这一天的空袭中，“最上”号共中了6颗炸弹，炸死官佐9人和土兵81人，但由于采取了迅速有效的紧急损管措施，“最上”号得免遭沉没，并能击落敌机8架。它的舰长曾尔大佐负起对幸存三舰的指挥，在救起“三隈”号幸存人员后，继续西撤。
在这次战斗中，随行的驱逐舰击落敌机两架，但各中一弹。“荒潮”号有37人战死，第8驱逐舰分队司令小川海军大佐受了重伤。“朝潮”号战死22人。但这两艘驱逐舰所受的损伤都没有影响它们的航行能力，它们都尽力完成了警戒任务。
．
除了前两日损失的4艘航空母舰外，“三隈”号是战争开始以来被击沉的最大一艘日本军舰。“三隈”号一向是“最上”号的姊妹舰。它们曾在3月1日雅加达海战中一起作战，并击沉了美国的“豪斯顿”号轻巡洋舰和澳大利亚的“珀兹”号巡洋舰。它们还曾参加安达曼群岛和缅甸攻略作战以及孟加拉湾上的作战。它们始终并肩作战直到最后，当“三隈”号在保护着它的负伤的姊妹舰“最上”号时，遭到毁灭。
当山本收到“三隈”号越来越令人担心的报告后，决定采取措施。12点30分，山本海军大将派近藤的攻略部队和第8巡洋舰战队，赶往援救崎山海军大佐指挥的命运乖蹇的各舰。为了更保险起见，山本海军大将还率领自己的主力跟着它们之后向南航进。
这时，据判断敌舰队至少有1艘航空母舰、2艘改装的航空母舰以及几艘巡洋舰和驱逐舰。如果敌人继续追击，近藤部队有可能在夜里和敌人交锋。否则第二天上午，山本的全部军舰可同敌人决战。如果是这样的话，必须首先歼灭敌空中力量。山本为达到这个目的，调动了所有可以调动的飞机，把“凤翔”号和“瑞凤”号轻型航空母舰的飞机，连同战列舰、巡洋舰以及水上飞机母舰的水上飞机都算在内，总共大约有100架。为了加强这有限的空军力量，最好能把敌人诱到日方威克岛上50架左右的中型轰炸机的作战范围以内。
这个计划执行到第二天上午，但由于没有发现敌人而且他的舰只需要加油，山本放弃了徒劳无功的追击，向本土继续撤退。
在这期间，为了诱敌出击，“最上”号一直向西航行。“最上”号虽然被炸得满目疮痍，而且被“三隈”号撞掉了舰首，但经舰员不懈的努力，到15点15分，达到了20节航速。它很幸运，自“三隈”号沉没后，敌机没有再来攻击。“最上”号死里逃生，是日本军舰在中途岛海战最后摆脱敌机攻击的军舰。最后，近藤部队跟受伤的“最上”号会合，并掩护它回到了特鲁克。
这天，美国人从中途岛飞来B-17轰炸机26架，企图继续打击在撤退中的日本舰队，但由于天气不好，未能与日舰接触。美国航空母舰考虑到有可能遭受威克岛上日本飞机的攻击，也放弃了追击，战斗就此结束。
这场壮观的、具有历史意义的中途岛海战至此告终。日本在这次失败中得到的唯一安慰是：一度撤销后又重新恢复的北方作战进行得很顺利，结果在6月7日，占领了阿图岛和基斯卡岛。但是，这个无关紧要的收获无法弥补舰队在南面所遭到的惨重损失。
中途岛战役之后，尽管双方就水面舰只多寡而论，日本人仍占优势，但训练有素的日本航空兵精华自珊瑚海之后又遭此沉重打击，从而使日本开始失去太平洋上的制空权，并为今后制海权的彻底丧失准备了条件。
同时，中途岛之战使日本侵略者不敢在辽阔的太平洋战场上随心所欲地发动进攻了，太平洋上的主动权已开始逐步转入美国海军手中。
这一战给自称无往而不胜的日本海军官兵的心理以沉重的打击，惨败后的日本人极为恐慌，把海战实况列为“绝密”，凡海战受伤者，都盖得严严实实，深夜上岸进医院，病房完全与外界隔绝。渊田说：“这实际上是以医疗之名，行监禁之实，有时我甚至觉得自己是个战俘。”所有的海战报告在战争期间高度保密，并于1945年投降时几乎全部销毁。但海战的失败在上层人物中间却造成了无法愈合的创伤。从中途岛战役以后直到二次大战结束，这一痛苦的记忆使他们再也无法对战局作出正确的判断。
中途岛海战是日美战略相持阶段爆发的第二场意义深远的海战，它与一个月以前的珊瑚海大海战一起构成太平洋战争中战略阶段的一个转折点，对整个太平洋战争发生了深远的影响。
从此以后，日本海军每况愈下，直到最后投降。