Такая же судьба постигла и четвертый японский авианосец — «Хирю». В полдень он был атакован американскими самолетами. Авианосец и его эскортные корабли — два линейных корабля, три крейсера и четыре эскадренных миноносца — открыли сильный зенитный огонь. Около 12 истребителей «Дзэро» обеспечивали прикрытие авианосца, но американские бомбардировщики все же прорвались. Один бомбардировщик был сбит, но остальные добились шести попаданий. На авианосце возник пожар, и к полуночи корабль походил на полусгоревший деревянный сарай. Находившийся на борту линейного корабля «Ямато» адмирал Ямамото, узнав о том, что его четыре авианосца погибли, немедленно отменил план вторжения и приказал оставшимся кораблям повернуть на обратный курс. Одновременно он приказал четырем тяжелым крейсерам главных сил обстрелять аэродромы на острове Мидуэй в качестве меры, рассчитанной на то, чтобы обезопасить уходивший флот от нападения американской сухопутной авиации. Однако осуществить эту меру крейсерам помешали американские подводные лодки.
Опасаясь, что японские главные силы попытаются провести высадку, штаб Тихоокеанского флота в Пирл-Харборе перегруппировал силы, оборонявшие Мидуэй. Рано утром 5 июня командующий подводными силами Тихоокеанского флота приказал оперативной группе подводных лодок 7/1 вернуться в свой прежний сектор для наблюдения за противником в радиусе 100 миль от Мидуэя. Оперативной группе 7/2 было приказано следовать на запад. Подводные лодки направились к намеченным позициям, и японские тяжелые крейсера, шедшие к острову, попали в зону расположения подводных лодок.
Подводная лодка «Тамбор» 5 июня в 2 час. 15 мин. обнаружила в 89 милях от Мидуэя четыре крупных корабля по пеленгу 279°, шедших курсом 50°. Будучи предупрежденным, что в этом районе могли оперировать и американские силы, командир лодки пошел параллельным курсом, пытаясь опознать корабли.
В 3 час. «Тамбор» донесла командованию о встрече с японскими тяжелыми крейсерами «Судзуя», «Кумано», «Микума» и «Могами», которые сначала шли на север, а потом изменили курс и пошли на запад. В 4 час. 12 мин. видимость улучшилась. Крейсера приближались, следуя противолодочным зигзагом. На рассвете лодка вынуждена была погрузиться, а когда через некоторое время командир лодки поднял перископ, он увидел на горизонте только два крейсера. У одного из них была повреждена носовая часть. Вскоре корабли исчезли из виду.
Крейсера действительно уходили. В то время когда «Тамбор» обнаружила их, они также заметили справа по носу подводную лодку. Все четыре крейсера одновременно повернули влево. Во время поворота тяжелый крейсер «Могами» на полном ходу врезался в правый борт крейсера «Микума». Во время столкновения носовая часть «Могами» была разрушена. О повреждении было доложено по радио, и в 3 час. крейсерам было отдано распоряжение, прекратив обстрел Мидуэя, отходить на запад.
После этого крейсера «Судзуя» и «Кумано» начали отход, развив максимальную скорость. Два других крейсера шли со скоростью 17 узлов, причем крейсер «Могами» все время отставал от крейсера «Микума».
Бомбардировщики морской и сухопутной авиации с Мидуэя на следующий день обнаружили крейсера по масляному следу и атаковали их. При этом «Микума» получил серьезные повреждения и впоследствии был уничтожен. «Могами» также был сильно поврежден, но ему все же удалось дойти своим ходом до базы на острове Трук.
6 июня соединение японских подводных лодок нанесло американским кораблям последний удар. Благодаря энергичной работе аварийно-спасательной команды сильно поврежденный авианосец «Иорктаун» держался на плаву. Его направили в Пирл-Харбор в сопровождении эскадренного миноносца «Хэммен». Утром 6 июня японская подводная лодка «И-168» атаковала американские корабли, выпустив четыре торпеды. Две из них попали в миноносец и две в «Иорктаун». В тот момент, когда эскадренный миноносец начал тонуть, на нем в стелажах взорвались глубинные бомбы; взрывом было убито много людей. Другие эскадренные миноносцы начали преследовать подводную лодку и донесли об ее уничтожении. Однако авианосец спасти уже было нельзя. На следующий день в 5 час. утра «Иорктаун» перевернулся и затонул.
Все же японцы понесли тяжелые потери, и их силы вынуждены были отойти. Они потеряли четыре авианосца, тяжелый крейсер и 4500 моряков и летчиков.
В бою у Мидуэя наряду с авианосцем «Иорктаун» и эскадренным миноносцем «Хэммэн» американцы потеряли 150 самолетов (японцы — 258) и 307 солдат и офицеров. Этот бой стоил американцам очень дорого, но японцы заплатили еще дороже.
Кроме людей и материалов, в сражении за Мидуэй Япония потеряла инициативу, которую она не смогла уже вернуть.