至22時，全部美機完成降落，這一災難性的夜間返航，使美機損失了77架飛機，是剛結束的空戰中損失的4倍，但落水的飛行員大部被救。
就在美國人忙於搭救落水飛行員時，小澤艦隊也很快撤出了戰鬥。至此，馬裏亞納海空戰宣告結束。
在此次海戰中，美軍僅有2艘航母、2艘戰列艦和1艘巡洋艦受輕傷，無一艘軍艦沉沒，艦載機損失117架。日軍被擊沉航母3艘、油船2艘；被擊傷航母3艘；戰列艦、巡洋艦和油船各1艘，艦載機損失404架，占全部艦載機的92％；岸基飛機損失247架，幾乎全軍覆沒；此外，日軍出動的36艘潛艇也被擊沉20艘。
這場海戰，日軍投入了聯合艦隊的全部主力艦隻和大部分岸基航空兵，原想一舉扭轉戰局，不料又以慘敗而告終。特別是艦載航空兵損失高達92％，這對於日軍而言是致命的。沒有一年半載的時間，根本無法恢複成一支現代化的艦隊。尤其是飛行員的損失更是難以彌補。在短時期裏，日軍的航母部隊不能成為有戰鬥力的部隊，從而使中太平洋上的製空權、製海權徹底落入美軍之手，美軍繼而取得了戰略進攻更有利的條件。
俗話說“兵不厭詐”。美軍的“雙管齊下”戰略使日軍大本營以為美軍的戰略主攻方向是新幾內亞——棉蘭老島，特別是當5月27日麥克阿瑟指揮的西南太平洋戰區的部隊在比阿島登陸後，日軍更是認為美軍太平洋艦隊將到達新幾內亞以北海域，立即迅速向該方向調集兵力，並準備在帛琉海域與敵決戰。同時，將潛艇部隊配置於加羅林群島以南，以盡早發現美軍艦隊，甚至當美軍6月11日開始對馬裏亞納群島實施炮火準備，日軍仍然認為是美軍的牽製性行動，對此不以為然。直到6月15日美軍的大批登陸艦艇到達塞班島海域，並開始換乘，這才意識到美軍的主攻方向是在馬裏亞納，但為時已晚。
小澤本來計劃借助部署在馬裏亞納群島的500餘架岸基飛機，來與艦載航空兵協同對美軍實施兩麵夾擊。但由於日軍對美軍戰略進攻方向判斷失誤，將馬裏亞納群島的岸基航空兵大部調往新幾內亞，待判明美軍攻擊方向後再往回調，已經來不及了。
現代海空戰的決定性力量是航母及其艦載機。盡管日本聯合艦隊根據形勢的發展進行了改組，將戰列艦為核心改為以航母為核心的第一機動艦隊，並為航母配置了基本滿額的艦載機。然而，日軍戰爭初期那些訓練有素的飛行員幾乎都已在戰爭中消耗殆盡，補充的飛行員缺乏必要的訓練，技戰術水平非常有限。靠這些沒有經過正規訓練的“菜鳥”飛行員，哪裏能抵擋住美軍強大航母編隊的進攻呢？小澤出於揚長避短的考慮，決定在美軍作戰半徑之外發動攻擊，然後在馬裏亞納群島機場上降落加油掛彈，再從陸地機場起飛攻擊美軍，形成“穿梭攻擊”之勢，從字麵上看，好像很不錯，既可有效打擊美軍，又能避免美軍的攻擊。但他忽視了其飛行員的戰術技術水平有限這一重要因素，實施“超距攻擊”必須在極限航程起飛，飛行員在飛行過程中，要盡量節約燃料，要考慮氣象條件的影響，要隨時警惕周圍敵情……連技術熟練的飛行員都不容易做到，何況日軍飛行員大都是新手，經曆如此漫長的航程後還沒投入戰鬥就已經精疲力竭了，哪裏還有足夠的精力應付美機的攔截？
馬裏亞納海戰的結局告訴人們，戰場上的勝利不僅來自於正確的戰略判斷和戰役上的正確指揮，而且需要戰鬥員憑借精湛的戰術和技術去實現指揮員的戰役目標，沒有一係列具體的戰術上成功和勝利，那種所謂正確的戰略意圖最終隻能是“紙上談兵”。