返回航空母舰的时候，这支美国特遣舰队就往东撤退，直至午夜方才改变航向，在黎明时回到面临威胁的中途岛的攻击距离之内。
虽然斯普鲁恩斯由于放弃追击又在后来受到批评，但他作出的战术判断是绝对正确的。假如他继续西进，他肯定会陷入山本设置的圈套，由于他的航空母舰不能在夜间出动飞机，很容易成为近藤的战列舰和栗田的重型巡洋舰炮火的牺牲品。
山本焦急地等候同敌人接触的消息，一直等到午夜，他的引诱美国人进行夜战的计划有破产的危险。他和他的参谋部现在不得不担心，如果黎明时他们离中途岛的岸基飞机，或者离返回的敌人航空母舰的舰载机太近，他们就会遭到屠杀。参谋部有人建议轰炸并占领中途岛，以便保全面子；但宇垣海军少将拒绝了这个方案。“我们的战列舰，尽管火力很强，将会在靠近中途岛使用我们的大炮之前就被敌人的空中和潜艇的袭击所消灭。”占领中途岛不得不推迟。“但是，即使不可能占领中途岛，即使我们不得不承认这次战斗的失败，我们还没有输掉战争。我们的舰队还有八艘航空母舰，包括即将沉没的几艘在内。打仗如同下棋，傻爪才让自己不顾一切地鲁莽行事。”
并不是所有的参谋部成员都准备接受宇垣的严肃的分析的。有人问：“我们如何就这次失败向天皇陛下谢罪？”一直沉默不语的总司令现在表明他将吞下最苦的药丸——“交给我，”山本插话。“我是唯一应当向陛下清罪的人。”
联合舰队旗舰在午夜发出“取消中途岛战役”的信号。山本放弃这个计划，不仅承认了失败，而且不得不屈从这样的现实：现在要在海上打赢美国更困难了。
运送入侵部队的舰船折回驶向塞班。近藤海军中将和栗田海军中将奉命与南云会合，然后在西北面同主力集合后一起返回日本。只有北面的几支部队奉命前进，按计划占领阿留申群岛中的两个小岛。一艘挑衅性地但却无害地闯入中途岛环礁湖的日本潜艇打了几发炮弹，使人们想起联合舰队可怕的炮火火力，其实这个舰队已被美国太平洋舰队的舰载机打败，从未得到一次齐射的机会。绝望的夜晚已经过去，山本迅速回到自己的舱房，再次经受着胃痛的折磨。中途岛战役的失败玷污了帝国海军的纪录，后来，栗田的巡洋舰队中两艘舰在中途岛西北约九十英里的海面上相撞，使帝国海军的第一次失败蒙受更大的耻辱。
接到撤退的信号之后，占领部队的支援舰队的四艘重型巡洋舰，正以每小时二十八海里的速度在太平洋上行驶，突然一名了望哨发现一艘潜艇。前面的两艘左舵急转弯，可是断后的“最上号”收到信号时为时已晚，和它前面的“三限号”撞上了。“塔姆博号”潜艇艇长虽然没有得到发射鱼雷的机会，但在潜艇为了躲避迅猛冲来的驱逐舰而急速潜没之前，他高兴地看到一艘巡洋舰的舰首起火了。世界上速度最快火力最猛的巡洋舰之一“最上号”舰首被撞坏，“三限号”受重刨。迅速用斜撑撑住被撞坏的舱壁，使它们得以在严密护卫下以每小时十二海里的速室缓慢费力地开走。
对于珍珠港的尼米兹海军上将和他的参谋部来说，六月四日夜晚并非是无忧无虑的。他们的特遣舰队袭击了四艘日本航空母舰并使之起火的消息，表明他们胜利在握——除非斯普鲁恩斯贸然夜战。尼米兹在当晚发出一封电报的时候，他确信自己无须提醒这位指挥官注意这样一场战斗所带来的风险。他在电报中说：“你们这些参加了今天的中途岛战斗的将士，在我们的历史上写下了光辉的一页。我为我是你们的同事而感到自豪。我估计你们再奋战一天，将完全击败敌人。”太平洋舰队总司令的作战日志写道：六月四日已经看到“可能是日德兰大海战之后最大的海战的开始。其结果，按照目前看来日本人不利的处境，实际上将制止他们的扩张。”
在华盛顿，海军部被谨慎地守卫起来了。他们在六月五日上午向记者发布的新闻表明，太平洋正在进行一场大规模海战，形势似乎对美国有利。“要说这是日本的一次惨败为时太早。。。敌人仍在撤退，但我们仍在战斗。”记者从公文体的字里行问之中，领会到海军部越来越相信这场海战的结局将会成为珍珠港以来最引人注意的头号新闻。
斯普鲁恩斯同太平洋舰队司令部一样，完全意料到第二天上午将重新开始战斗。黎明时分，PBY 飞机从中途岛的环礁湖起飞，侦察敌人部队。密云和低能见度妨碍了它们的侦察活动，同时，第十六特遣舰队在该岛东北面的一个安全距离内行驶，斯普鲁恩斯则在等候舰载机应该袭击哪一支日本舰队的消息。对于美国航空母舰上的飞行员来说，这是一个漫长的等待的上午，是他们预料之中的战斗前的平静。黎明后不久，海军陆战队剩下的“无畏式”和“复仇者式”飞机起飞袭击“塔姆博号”滋艇所发现的两艘受重伤的巡洋舰。日本炮手发射猛烈的炮火，击落一架美国飞机，“最上号”和“三限号”都没有受到进一步的损害。当天下午晚些时候，斯普鲁恩斯从上午的侦察结果断定敌人所有的大舰队都在向四撤退，他就出动轰炸机群袭击这两艘巡洋舰。美国飞机没有找到它们，于是乱丢炸弹，派去救援“最上号”的一艘驱逐舰没有受到损害。
美国海军在这个平静的一天中的主要活动是抢救“约克城号”。听到炮声前来调查的“休斯号”驱逐舰在黎明时发现它仍在漂浮。放炮的是从舰上病房里爬上来的两个伤员，他们是在头一天被留在病房等死的。“休斯号”舰长发现火已熄灭，便派一个抢救队上去，并用无线电呼救这艘漂浮的航空母舰。“捕蝇鸟号”扫雷艇米到之后，这两艘小舰艇整个下午都在设法拖走庞大的“约克城号”，海上的风浪妨碍了它们的努力。黄昏时，巴克迈斯特舰长和从他的水手中挑选的一个志愿队乘“哈曼号”驱逐舰赶到。营救这艘失去动力的航空母舰、从舱房里排水的战斗进行了一整夜，“哈曼号”靠在旁边为抽水机提供动力。
假如漂浮的“约克城号”，没有在头天上午被南云的正在撤退的巡洋舰派出的一架水上侦察机所发现，那么抢救它的战斗就有可能胜利。最后的一艘日本潜艇奉命击沉这艘航空母舰，但是由于报告的位置不准确，花了一天半才找到猎物。“约克城号”的倾斜已经纠正过来了，拖船来了以后，它就有希望返回珍珠港。但是，帝国海军“伊…168 号”潜艇艇长的进攻瞄准器的十字标线终于对准了这艘航空母舰。六月六日下午，一颗鱼雷击中“哈曼号”，将它劈为两半，这艘驱逐舰立即沉没，许多水兵丧生；另外的鱼雷猛击庞大的“约克城号”。在两天之中，巴克迈斯特不得不第二次放弃舰只，虽然他希望让旁边的驱逐舰中的一艘在第二天上午恢复营救活动。由于没有动力带动抽水机，“约克城号”当晚灌满了海水，翻倒后沉到深深的太平洋底。它在珊瑚海和中途岛进行了英勇的战斗之后，落得个如此悲惨的结局，对美国海军的每一位舰长来说是一个不可忘怀的教训：不能过早放弃自己的舰只。
营救“约克城号”的战斗仍在进行的时候，斯普鲁恩斯计划利用极好的飞行天气再追踪敌人，因为很明显：日本人放弃了入侵中途岛的活动，正在全面撤退。海军的老格言“穷追费时间”是千真万确的。山本还没有完全放弃希望，他认为如果美国舰队贸然西迸到很远的地方，使日本舰队得以和威克岛出动的轰炸机群发动联合进攻，那么他仍能赢得胜利。但是斯普鲁恩斯又一次猜透了他的意图，在当天上午派出一队俯冲轰炸机拄西搜寻那两艘受伤的巡洋舰，他知道这两艘舰试图进入威克岛基地飞机的保护圈之内。他们在半上午的时候找到了这两艘瘫痪的舰只。它们成了毫无防备能力的袭击目标，“容易得象射击水桶里的鸭子，”当“三限号”象一团火球似地沉向海里的时候，“企业号”上的一名飞行员激动地报告着。“最上号”受到重创后起火，费力地回到特鲁克港口。
这两艘被打坏的巡洋舰的照片，被打坏的炮塔上升起的火焰和黑烟，将是向美国公众显示他们的太平洋舰队在中途岛附近海面上赢得巨大胜利的明证。这次胜利只因下面的消息而蒙受些微阴影：日本人没有遇到抵抗就在阿留申群岛最西边的岛屿阿图岛登陆，俘虏了一小批阿留申的爱斯基摩人和气象站的十名工作人员。日军同时占领了无人居住的基斯卡岛，这使敌人的宣传机器有机会吹嘘太阳旗在美国大陆上飘扬了。原来打算作为太平洋中部环形防线的北部前哨的地方，在没有占领中途岛的情况下，将成为战略上的累赘。日本人坚守他们已经占领的岛屿。尼米兹意识到，敌人名义上已经登上了美国海岸的消息将会使公众感到不安，于是在登陆的第二天，命令第十六特遣舰队北上，出动轰炸机群袭击被占领的岛屿，企图取消这个令人尴尬的日本的新前哨站。第二天，斯普鲁恩斯从召他回到珍珠港的电报中高兴地获悉：太平洋舰队总司令认为最好允许他的航空母舰冒一次险，尽管他们有可能在雾蒙蒙的北部海域遭到战列舰和潜艇的伏击。
山本失去了挽救这次失败的最后机会，这次失败对日本的灾难性的影响很快就要显示出来。返回塞班的五千人的军队很想知道什么灾准降临到“不可战胜的”帝国海军的头上。中途岛阴近的海战，标志着日本帝国末日的开始，这次战斗不仅破除了帝国海军从未失败的记录，而且使它损失了四艘航空母舰、一艘重型巡洋舰、两千二百名水兵的生命、二百三十四架飞机和最好的海军飞行员。“我想骂人，”字垣海军少将就这次失败写道。这次失败对他的总司令官的压力更大。山本宣布“他要承担全部责任，他们不要去批评南云的舰队，”说完走进自己的舱房，经受着胃痛的折磨，一连三天拒绝会见部下。在“长门号”上，南云严厉自责自己造成了这次惨败，被他的部下劝住没有自杀。
六月十日，东京的海军参谋本部努力掩盖他们的失败的惨重程度，他们害怕公众的反应，害怕丢脸。广播电台广播了海军进行曲的响亮乐曲之后，广播员宣读了一份公报：日本已“成为太平洋上的最强国”，“一次战斗决定了”这场战争的胜败，在这次战斗中，帝国海军的一艘航空母舰被击沉，美国海军则损失了两艘和一百二十架飞机。四天之后，当联合舰队返回柱岛锚地的时候，东京举行了灯笼游行，庆祝这次新的”胜利”，联合舰队是不宣而归的，没有说明为何少了四艘航空母舰，因为自从战争开始以来它们一直在海上，这次没有回来也没有人惦念。“赤城号“、“加贺号”、“苍龙号”和“飞龙号”上的幸存者没有休假，就被匆匆派到日本和太平洋上的前哨基地；伤员是在夜间上岸的，然后被送往与外界隔绝的医院病房，不准和近亲会面。
美国海军最初对它的胜利反应谨慎。六月六日，当日本人撤退的消息已经确定无疑的时候，尼米兹发出贺电，确信太平洋舰队将“继续使敌人认识到战争是可怕的”�