На 15 юни 1944 г. започва битката за Сайпан. Военноморските сили на вицеадмирал Джисабуро Озава са надвити от американския 5-и флот в хода на решителното сражение за Филипинско море, в което Япония губи три самолетоносача и около 600 самолета. Тогава Нагумо и генерал-лейтенант Йошицугу Сайто са натоварени със задачата да запазят контрола над Сайпан. На 6 юли, изправен пред сигурна загуба, Нагано се самоубива с пистолет в слепоочието, вместо чрез традиционно "сепуку". Тялото му е открито от морската пехота на САЩ в пещерата, в която прекарва последните си дни като командир на Сайпан. Посмъртно е повишен на адмирал и награден с одрен на Златното хвърчило.