南雲接到了山本下午7時發出的命令：所有部隊“立即接觸敵人並將它們殲滅”。南雲的艦隊奉命立即改變航向，“參加夜間戰鬥”。
美軍中途島艦隊指揮斯普魯恩斯非常清楚山本的計劃。他知道在夜間追逐南雲遭到打擊的部隊，可能使他和弗萊徹在白天贏得的勝利前功盡棄。於是他命令特遣艦隊東撤，在黎明時回到麵臨威脅的中途島的攻擊距離之內。精明的斯普魯恩斯做對了，沒有讓艦隊去冒這個險。6月5日上午，華盛頓海軍部向記者發布新聞：太平洋上正在進行一場大規模海戰，形勢似乎對美國有利。
當然，山本還沒有完全放棄希望，他認為如果美國艦隊貿然西進到很遠的地方，使日本艦隊得以和威克島出動的轟炸機群發動聯合進攻，那麼他仍能贏得勝利。但是斯普魯恩斯又一次猜透了他的意圖，除當天上午派出的一隊俯衝轟炸機往西搜尋並炸毀前一天兩艘受傷的巡洋艦外，未作大的舉動。而西撤的日軍也在沒有遇到抵抗的情況下在阿留申群島最西邊的島嶼阿圖島登陸，俘虜了一小批阿留申的愛斯基摩人和氣象站的10名工作人員。
日軍占領了無人居住的一個小島，向國內吹噓太陽旗在美國大陸上飄揚了。雖然日本人攻占的島嶼隻是名義上的美國海岸，但仍使美國國內感到不安。在日軍登陸的第二天，美軍命令第16特遣艦隊北上，出動轟炸機群襲擊被占領的島嶼，拔掉了這個令人尷尬的日本的新前哨站。這樣，山本就失去了補救這次失敗的最後機會。
這次中途島附近的海戰，標誌著日本帝國末日的開始，不僅打破帝國海軍從未失敗的記錄，而且使它損失了4艘航空母艦，1艘重型巡洋艦、2200名水兵的生命、 234架飛機和最好的海軍飛行員。山本宣布他要承擔全部責任。在“長良”號上，南雲嚴厲自責是自己造成了這次慘敗，被他的部下勸住沒有自殺。
6月10日，東京的海軍參謀本部努力掩蓋他們失敗的慘重程度，他們害怕公眾的批評，害怕丟臉。廣播電台播放了《海軍進行曲》響亮的樂曲之後，廣播員宣讀了一份公報：日本已“成為太平洋上的最強國”，“一次戰鬥決定了”這場戰爭的勝敗。在這次戰鬥中，帝國海軍的1艘航空母艦被擊沉，美國海軍則損失了兩艘航空母艦和120架飛機。
4天之後，當聯合艦隊返回柱島錨地的時候，東京舉行了燈籠遊行，慶祝這次新的“勝利”，聯合艦隊是不宣而歸的，沒有說明為何少了4艘航空母艦，因為自從戰爭開始以來它們一直在海上，這次沒有回來也沒有人惦念。“赤城”號、“加賀”號、“蒼龍”號和“飛龍”號上的幸存者沒有休假，被匆匆派到了日本和太平洋上的前哨基地；傷員是在夜間上岸的，然後被送往與外界隔絕的醫院病房，不準和親人會麵。
分析家評價說，美國航空母艦在中途島贏得勝利，一是靠美國海軍情報機關頑強和嚴守秘密的作風，每個飛行員的勇敢，以及弗萊徹、斯普魯恩斯的冷靜的戰術判斷和尼米茲的大膽的戰略謀劃。二是日本人致命的“勝利”病也幫了忙。
海軍上將金在評價美國這次勝利的意義時寫道：“中途島戰鬥是日本海軍350年以來的第一次決定性的敗仗。它結束了日本的長期攻勢，恢複了太平洋海軍力量的均勢。”