飛龍 (空母)
そのかわり、友永隊長を含む艦攻5、零戦3(不時着1)が撃墜され、使用不能艦攻4、修理後使用可能艦攻1、零戦3という損害を出す。飛龍上空の直衛戦闘でも零戦5機(不時着1)を失い、被弾した三空母から零戦や艦攻を受け入れたものの、飛龍の航空戦力は消耗しきっていた。
日本軍は、空母蒼龍から発進した十三試艦上爆撃機(艦上爆撃機「彗星」試作機を偵察機に改造した機体)の偵察結果や、第4駆逐隊(司令有賀幸作大佐)の駆逐艦嵐捕虜尋問結果報告から、アメリカ軍の空母戦力が空母3隻(エンタープライズ、ホーネット、ヨークタウン)であることを知った。さらに飛龍攻撃隊が二度ヨークタウンを攻撃した事に気づかず、別の空母を撃沈・撃破したと錯覚したため、残る米空母は1隻と判断している。山口少将は飛龍第三次攻撃隊を準備させたが、残存戦力は零戦10、艦爆5、艦攻4しかなかった。昼間強襲をあきらめた山口少将は薄暮攻撃を決定し、前述の十三試艦爆が索敵のため飛龍の飛行甲板で発進準備にとりかかった。周囲を第三戦隊(榛名、霧島)、第八戦隊(重巡洋艦筑摩《第八戦隊旗艦》、利根)、軽巡洋艦長良(第十戦隊旗艦、南雲忠一中将、草鹿龍之介参謀長乗艦)が囲み、防御を固めた。これに対し、空母ヨークタウンの偵察機は「空母1、戦艦1、重巡2、駆逐艦4」の艦隊発見と位置情報を打電し、アメリカ軍攻撃隊の誘導を行った。
沈没
日本時間6月5日午後2時3-5分、飛龍はエンタープライズとヨークタウン(艦載機のみエンタープライズに移動)のSBDドーントレス急降下爆撃機24機の集中攻撃を受け、1,000ポンド爆弾4発を被弾した。前部エレベーターは最初の命中弾で吹き飛ばされて艦橋の前に突き刺さったが、一種の防護壁となって残り、爆弾命中時の爆風から艦橋を守った。