的第一攻擊波機群會掉進海裏。於是南雲決定把攻擊時間推遲，首先收回空襲和攔截紅蓮方麵轟炸機的飛機，然後重新組織部隊以進攻華夏軍特混艦隊。
8時37分，返航的飛機開始相繼降落在四艘航空母艦飛行甲板上。
9時18分
全部飛機的作業完畢。南雲命令艦隊以30節的航速向北航行，以避開再來攻擊的紅蓮所屬EVA小隊，準備全力進攻華夏軍特混艦隊。
9時20分，掩護艦隊的戰鬥機開始起飛。
9時25分
一隊由黃蜂號起飛的15架“武士”式魚雷轟炸機組成的編隊發現了混編艦隊。不幸的是，他們的燃油即將耗盡，而且沒有戰鬥機護航。在自殺式攻擊中，被混編艦隊的B－26戰鬥機和高射火神炮炮火全部擊落，30名飛行員除1人生還外全部遇難。
9時30分
從南雲旗艦起飛的28架戰機陸續尾隨而來，向‘蒼龍號’和‘朱雀號’展開攻擊。然而在攻擊艦隊的時候遭到重創，損失了20架魚雷轟炸機，所投魚雷竟無一命中。
10時20分，由102架飛機組成的艦載機攻擊隊此時也已排列就緒。正當南雲戰鬥機在低空忙著驅趕混編軍先遣魚雷機時，南雲艦隊的上空出現了33架由基拉大和少校率領從‘大天使’起飛的空中霸王。此時，南雲艦正在掉頭轉到迎風的方向，處於極易受攻擊的境地，甲板上到處是魚雷、炸彈及剛加好油的飛機。
10時24分，第一架南雲艦戰鬥機飛離飛行甲板時。33架“無敵”式俯衝轟炸機，分成2個中隊分別攻擊赤犬號航空母艦和甲賀號航空母艦，接踵而來的是17架從永恒號航空母艦上起飛的“宙斯”式俯衝轟炸機則專門攻擊南雲的空母艦。南雲方麵的軍的3艘航空母艦刹那間變成了三團火球，堆放在甲板上的等待起飛的飛機以及燃料和彈藥引起大爆炸，火光直衝雲霄，短短的5分鍾，三艘航空母艦被徹底炸毀了。
10時40分，接替指揮空中作戰的日第2航空戰隊司令官山口犬牙少將發動反擊，18架由“犬神”式俯衝轟炸機和6架太照戰鬥機組成的攻擊編隊從第二旗艦航空母艦起飛。飛向目標途中，不久之後便發現了一批正在返航的華夏轟炸機，於是便悄悄的尾隨。就因如此，山口方麵敵機成功的找到了旗艦炎黃號，並立即發動攻擊。3顆炸彈命中炎黃號，雖然遭到破壞，但是在炎黃號船員的極力搶修下，恢複了航行功能。
11點30分，南雲中將及其幕僚轉移到了大阪號巡洋艦，開始集合殘餘的艦隊。
13時40分，10架南雲軍“雪女”式魚雷攻擊機和6架“0”式戰鬥機又從小泉號飛來，對受傷的炎黃號發起了第二次攻擊。炎黃號被兩枚魚雷擊中，左舷附近掀開兩個大洞，並把艦舵給軋住了。
所幸，適時趕來的‘托勒密’武裝旗艦將炎黃號救下。
14時45分，混編軍偵察機發現南雲及山口軍武士號航空母艦，華夏方麵立即命令白起號、廉頗號航空母艦的30架“空霸”式俯衝轟炸機起飛，去攻擊武士號。
16時45分，炎黃號航空母艦的俯衝轟炸機成功地攻擊了南雲軍僅剩下的飛龍號。飛龍號當即命中4彈，船上一片火海。山口司令官和艦長加來一郎隨艦葬身大海。
6月4日晚19時，已經被摧毀的南雲軍蒼龍號、甲賀號航空母艦先後沉沒。
6月5日2時55分，團藏派遣的山本五十六大將否決了其首席參謀黑島大佐提出的集中全部艦隻在白天轟炸並登陸紅蓮島大唐港的借以挽回敗局的方案，下令：“取消紅蓮島的占領行動。”並表示“所有責任由我一個人來擔當，我回去向團藏及首領大人請罪。”他把自己關進會客室，一連三天拒絕會見部下。6月5日夜間，日軍兩艘重巡洋艦最上號和三菱號在濃霧中轉向時互撞，最上號重創，三菱號留下陪伴左右。