连续两波的攻击之后，第3舰队剩下的也就只有一些驱逐舰与巡洋舰了，三艘航母，三艘战列舰都已经沉入了大海。但是，攻击到此还没有结束。在空中打击的同时，第13舰队的三艘战列舰正在数艘巡洋舰与驱逐舰的陪同下高速南下，准备对美国第3舰队进行最后一击。
当成批的炮弹准确的落下的时候，美国第3舰队的官兵彻底的绝望了。此时，舰队已经彻底的丧失了防空作战能力，而在舰队上空，数架中国的制导飞机正在为海军战舰发射的炮弹提供准确的引导信息。在这些战机的协助下，战列舰与巡洋舰发射的炮弹几乎是弹无虚发，每次炮击，总会有美国战舰遭殃！
此时，正在打捞落水官兵的一些美国战舰想到了逃跑，但是太晚了。炮击的时间持续了15分钟，海面上就没有比救生艇与舢板更大的船只了。当中国的救援飞机赶到的时候，只打捞起来1000多名美军水兵，第3舰队的绝大部分美国官兵都已经葬身大海了！
此时，第11舰队那边的战斗也接近了尾声。虽然舰队的防空战斗机奋力拦截，让美国远程轰炸机的攻击几乎失败，但是就在这个关键时刻，美国第7舰队的200多架攻击机从另外一个方向上杀到，而担任内层防空任务的多用途战斗机根本就不是美国战斗机的对手，很快就被击溃了。而舰队的防空重点是放在东面的，美国的攻击机群却是从南面进入的，所以舰队的防空火力只能够发挥出一半。在这种情况下，即使投入攻击的美军攻击机数量并不多，但是对第11舰队来讲，这仍然是一场噩梦！
位于舰队南面的“长白山”号航母与“嘉陵江”号战列舰在第一时间内就被导弹击中，15分钟之内，两艘战舰的舰长先后下达了弃舰的命令。接着，编队靠南面的另外两艘航母与两艘战列舰也被导弹击中，失去了作战能力，在驱逐舰的掩护下退出了战斗。
这个时候，坐镇“太湖”号战列舰的谢传正知道危险时刻已经到来了，在收到第13舰队大捷的消息之后，谢传正毫不犹豫的下达了撤退命令，抢在美国舰队发动第二轮攻击之前，向西北方向撤退了200海里，接着，第13舰队向东移动，从侧翼为第11舰队提供了掩护。
这是中美两国海军只战斗爆发以来发生的规模最大的一场海战。双方投入了18艘航母与战列舰，另外还有数百架岸基飞机参战。战斗时间只持续了不到2个小时，最终就分出了胜败来。而从双方的战果来看，损失是差不多的，但是意义却不一样。
美国损失了第3舰队的所有战舰，而中国的第11舰队也损失了三艘航母与三艘战列舰，另外还有大量的巡洋舰与驱逐舰被击沉。但是，中国海军官兵的损失并不严重，大部分的官兵的被营救了起来。另外，那两艘航母与两艘战列舰也只是遭到了重创，在返回了日本省的港口进行维修，半年之后又投入了战斗。
从战果上是判断不出谁胜谁负的，虽然中国海军占了一点便宜，但是本身的损失也非常惨重。但是，从两国宣布的战果胜负来看，却存在着很大的差异。
美国是最先宣布战果的，当然对于第3舰队的损失，美国方面只是一笔带过了。在美国官方发布的新闻中，这“第三次”中途岛海战是以美军胜利结束的。美国舰队成功的击退了中国舰队，保护了夏威夷群岛。事实上也可以这么说，毕竟中国的主力舰队是主动撤退的。但是从另外一个角度来看，美国海军这次并没有能够完成自己的任务，夺回中途岛，只是保护住了瓦胡岛不受到中国海军的攻击。而且，付出了这么惨重的损失，仅仅达到这个目的，那么这还能够算得上是一场胜利吗？
