Invasionen af Saipan begyndte den 15. juni. I løbet af få dage blev den japanske flåde under viceadmiral Jisaburō Ozawa løbet over ende af den 5. amerikanske flåde i det afgørende Slaget i det Filippinske hav som kostede Japan omkring 500 fly. Nagumo og hans kollaga fra hæren general Yoshitsugu Saito var herefter efterladt til på egen hånd at forsvare øen Saipan mod det amerikanske angreb. Den 6. juli under de sidste faser af slaget om Saipan begik Nagumo selvmord; ikke på den traditionelle måde med "seppuku", men med en pistol for panden. Hans lig blev senere fundet af amerikanske marinesoldater i den hule hvor han tilbragte sine sidste dage som chef for forsvaret af Saipan. Han blev posthumt forfremmet til admiral.