讓淵田美津雄無奈的是，儘管埃塞克斯已中1條魚雷，看上去似乎影響不大，規避動作還很靈活，航速也保持在23節以上，接連3個彗星改攻擊組下去都讓對方成功避開。
迫不得已的他只能選擇讓天山改把剩餘魚雷全釋放出來，然後爭取形成混亂場面發動爆擊戰，此時檀香山號（布魯克林級）已奮不顧身上來封堵，8條呈扇形面展開的魚雷被該艦擋下2條，其餘5條偏出，埃塞克斯又中1條魚雷，海水大量湧入，傾斜加劇，趁美軍上下一片混亂的當口，最後一批彗星改撲下去投彈，該艦前後甲板各中1顆炸彈，騰起衝天黑煙。
但讓所有人意料不到的情況出現了，埃塞克斯號明明已中2條魚雷再加2顆炸彈，但依然還漂浮在水面上，死活不肯沉沒，此時日軍飛機已把全部炸彈、魚雷都用盡，淵田美津雄無奈宣布結束任務，悻悻然地帶領剩餘飛機返航。
這一輪攻擊差點要了埃塞克斯老命，前甲板艦橋附近的炸彈直接幹掉了200多名地勤和水兵，後甲板落下的炸彈則把艦尾部炸成一片狼藉，兩條魚雷讓軍艦進水4000多噸，但靠損管前赴後繼的努力和逆天一般的運氣，這條新銳艦隊航母才沒直接沉沒。
不過此時軍艦速度下降到只有8節，足跡蹣跚、搖搖欲墜，隨時有傾覆的危險。
「長官，艦長建議我們更換旗艦。」
「撤退吧，打不過了。」哈爾西仰天長嘆。
以尼米茨為首的眾將狼狽不堪地登上救生艇轉移到阿拉巴馬號戰列艦上去，轉移過程中他默然無語，良久後才道：「撤退，儘可能保住埃塞克斯號！」
「已放出去的攻擊機群怎麼辦？」吉芬本想建議放棄任務直接返航，但看著暴跳如雷的哈爾西，沒把該意思表達出來。
「繼續執行任務並返航，儘可能去薩拉托加號降落，同時安排1-2條驅逐艦接應跳傘飛行員，把人都接回來，艦隊不能失去他們。」哈爾西下達命令。
「要通知去進攻西面的日軍艦隊么？」吉芬再次提議。
尼米茨考慮再三後拒絕了，因為部隊對西面的情況並不清楚，貿然前往只能招來不必要的損失。
15時17分，村田重治率領日軍第四攻擊波從機動艦隊出發，這一波一共只帶了53架飛機，冢原為掩護機動艦隊，留下27架防空戰鬥機，此時游擊艦隊上空一架防空戰鬥機也沒有，炮擊艦隊上空也只有8架戰鬥機——聽說艦隊飛機損失較大，堀悌吉再次削減防空戰鬥機數量，最終只留下8架。
第四波出發後15分鐘，埃塞克斯放飛的最後一批40架飛機組成的攻擊群抵達，27架零戰改使出渾身解數攔截，企圖攻擊瑞鶴號的飛機全被攔截，但意外很快發生了：一架TBF眼看俯衝轟炸機們在瑞鶴號方向占不到便宜，便瞅准空子對龍鳳號下手，雖然近十架TBF只有這架飛機投下魚雷，而且該機很快也被擊落，但投下的魚雷卻不偏不倚擊中了龍鳳號艦舯部，並輕而易舉地進行穿透，只有1萬多噸的龍鳳號經不起這種摧殘，大量進水傾斜，整條船像條死魚一樣飄蕩在上面。
「長官，龍鳳號保不住了。」
「棄船吧。」冢原看著零零落落退走的10餘架美軍飛機，苦笑道，「不知道淵田戰果如何，把這裡的情況告訴他，讓他去游擊艦隊補充，把這裡能飛的攻擊機全調到角田那裡去。」
角田覺治已收到了情況報告，他一方面為機動艦隊的損失感到吃驚，另一方面又震驚於埃塞克斯號的堅固，發狠似地對身邊人表示：「再打一次，一定要把埃塞克斯號送下海！」
16時48分，村田重治抵達戰場上空，他的使命是一定要找到並摧毀美軍2艘受重創的航母。但或許是連續執行任務的飛行員太多疲憊，第一時間沒找到尼米茨和哈爾西所在的大部隊，陰差陽錯下展開搜索，找到了另一方向上分開航行的新墨西哥號和薩拉托加號——他們身邊只有不到6艘驅逐艦。
17時03分，太平洋艦隊老兵，自珍珠港戰役後就堅持在一線的薩拉托加號終於被3條魚雷擊沉在波濤洶湧的中太平洋里，與其相伴的還有新墨西哥號，這艘艦齡將近30年的一戰老兵終於步了同級艦密西西比號、愛達荷號的後塵，其沉沒也宣告了該級戰列艦的完全覆滅。
17時59分，已成強弩之末的日軍湊出最後45架攻擊機準備去執行第五波進攻任務，想要最後解決埃塞克斯號，但冢原考慮再三，顧慮到返回時天色已太暗，飛行員又過於疲憊，很可能損失太大，不顧眾人勸說，放棄該輪進攻，但同意明日再打一次。
就在太平洋艦隊遭受重創時，塔拉瓦的美軍也到了最終時刻，在得知太平洋艦隊撤退，他們再也無法得到任何支援時，已損失將近一半兵力的美軍陸戰團士氣最終崩潰，於傍晚時分選擇了投降。
第二天清晨時分，草鹿任一哭喪著臉向堀悌吉報告整體戰況。
「長官，情況非常不好……」
「說吧，我有心理準備。」
「翔鶴號重創，預計需要維修5-6個月；瑞鶴號微創；龍鳳號、博爾扎諾號沉沒；貝亞恩號中創，需進塢大修，損失飛機近180架，飛行員（組）未歸隊者84人，幾無生還可能……榛名號……」
他剛說了一半，機要參謀悄悄遞給他一紙電文，草鹿任一看後臉色刷白，手都顫抖起來，半天后才道：「雪風號和時雨號發來電報，遭遇美軍潛艇，昨日率先脫離戰場去特魯克的榛名號於今日拂曉連中3雷，最終無力挽救，沉沒了……」
「榛名號無所謂，飛行員損失太令人心痛，戰損率超過了3成，本來還說帶他們都回去休整的……」堀悌吉嘆了口氣，「打仗總有犧牲，算了……說下戰果吧。」
「擊沉美軍正規航母薩拉托加號，獨立級輕空母1艘，護航航母6艘，新墨西哥級戰列艦1艘，布魯克林級輕巡洋艦2艘，肯特級重巡洋艦1艘，不知名巡洋艦1艘，驅逐艦8-9艘，重創埃塞克斯號，可能還有其他一些戰果，不過具體不詳，擊落敵機近400架……」
美軍損失除面上統計的這些外，最痛徹心扉的是艦載機飛行員的損：刨除A艦隊，B艦隊一共200多人（組）飛行員損失率將近75%，其中有30多員（組）已在塔拉瓦島上成功迫降或跳傘，但因為該島最終被日軍佔領，這些人也連帶著成為俘虜。如果加上A艦隊飛行員的損失，整支太平洋艦隊投入戰役的航空兵損失率高達86%——近乎全部打光。
除飛行員外，太平洋艦隊水兵的損失也不少，各艦加起來的人員損失高達3000多人，這還沒計算塔拉瓦、吐瓦魯上的陸軍和陸航損失。吉爾伯特戰役的勝利無論是戰略還是戰術上，勝利者都是聯合艦隊——雖然他們損失也不小。
堀悌吉聽完眼睛就亮起來了：「很好，這意味著太平洋艦隊主力目前只剩下2艘南達科他級了，尼米茨接下去6-8個月只能躲在珍珠港，其他什麼事也幹不了。」
「可我們也動不了，大鳳要到12月才能服役，瑞鶴至少也要休息1個月。」
「角田帶著2艘輕空母就足夠橫行了。」堀悌吉哈哈大笑起來，「我們不用去打夏威夷，弄支分艦隊就能截斷美軍的航運，沒了物資補充，澳新的美軍還能蹦躂么？再退一步說，就算澳新勉強能維持，美軍還有能力干涉印度局勢么？」
草鹿任一想通了，轉憂為喜。
「大家開心一點，我們是勝利者！戰役打完了，接下去就是回家。等回到本土，我請大家喝酒！一起喝個痛快，墨索里尼首相送了我好幾瓶名貴紅酒呢。」堀悌吉意氣風發地揮揮手，寬慰眾人，「至少翔鶴還在不是？我早就準備送它進船廠修理並加裝彈射器；博爾扎諾本就是白來的，丟了也就丟了；龍鳳號有些可惜，不過還有貝亞恩號沖抵，完全可以。這完全是貨真價實的勝利，回去可不用把你們關在海軍醫院裡粉飾太平。」
這句調侃話一出，眾人全都哈哈大笑起來。
「我幫山本大臣幹了他當初想干而沒幹成的事——全滅太平洋艦隊航母！」堀悌吉滿臉豪氣，「這還有什麼不滿足的？總不能不戰而屈人之兵吧？美國人要這麼弱，還稱得上兩洋霸主么？」
司令塔里所有人畢恭畢敬地敬禮：「我等謹為長官賀！」
「諸位，登島吧，我們去看看陸戰隊堅守到底的地方……」
雖然陸戰隊接受美軍投降後第一時間就詢問了美方有關本軍俘虜和柴崎的下落，但美方無論官兵都表示不知道，推斷有可能直接喪生於炮火——屍骨無存，日軍傾向於接受這種解釋。
聽完美軍俘虜講述的有關塔拉瓦血戰的完整經過，並實地查看了雙方血戰的堡壘工事群，聽者無不動容長長嘆了口氣，堀悌吉說道：「可惜了！是我的錯！我來晚了！收攏陣亡者骸骨，把他們帶回國，讓他們的英靈終得安寧！」
「奏樂！」
軍樂隊將激昂的《軍艦進行曲》演奏了起來，從第二闕