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让渊田美津雄无奈的是，尽管埃塞克斯已经中了1条鱼雷，看上去似乎影响不大，规避动作还很灵活，航速也保持在节以上，接连3个彗星改攻击组下去都让对方成功避开。
迫不得已的他只能选择让天山改把剩余鱼雷全释放出来，然后争取形成混乱场面发动爆击战，但此时檀香山号（布鲁克林级）已奋不顾身上来封堵，8条呈扇形面展开的鱼雷被该舰挡下2条，其余5条偏出，埃塞克斯又中1条，海水大量涌入，倾斜加剧，趁美军上下一片混乱的当口，最后一批彗星改扑下去投弹，该舰前后甲板各中1颗炸弹，腾起冲天黑烟。
但让所有人意料不到的情况出现了，埃塞克斯号明明已中2条鱼雷再加2颗炸弹，但依然还漂浮在水面上，死活不肯沉没，此时日军飞机已把全部炸弹、鱼雷都用尽，渊田美津雄无奈结束任务，悻悻然地带领剩余飞机返航。
这一轮攻击差点要了埃塞克斯老命，前甲板舰桥附近的炸弹直接干掉了200多名地勤和水兵，后甲板则把舰尾部炸成一片狼藉，两条鱼雷让军舰进水4000多吨，但靠损管前赴后继的努力和几乎逆天一般的运气，这条新锐的舰队航母才没有直接沉没。
不过此时军舰速度下降到只有8节，足迹蹒跚，摇摇欲坠，随时可能有倾覆的危险。
“长官，舰长建议我们更换旗舰。”
“撤退吧，打不过了。”哈尔西仰天长叹。
以尼米茨为首的众将狼狈不堪地登上救生艇转移到阿拉巴马号战列舰上去。
转移过程中尼米茨默然无语，良久后才道：“撤退，尽可能保住埃塞克斯号！”
“已放出去的攻击机群怎么办？”吉芬本想建议放弃任务直接返航，但看着暴跳如雷的哈尔西，他没把该意思表达出来。
“继续执行任务并返航，尽可能去萨拉托加号降落，同时安排1-2条驱逐舰接应跳伞飞行员，尽可能把人都接回来，舰队不能失去他们。”哈尔西下达命令。
“要通知去进攻西面的日军舰队么？”吉芬再次提议。
尼米茨考虑再三后拒绝了，因为部队对西面的情况并不清楚，贸然前往只能招来不必要的损失。
15时05分，村田重治率领日军第三攻击波出发，这一波一共只带了53架飞机，冢原为掩护机动舰队，留下27架防空战斗机，此时游击舰队上空一架防空战斗机也没有，炮击舰队上空也只有8架战斗机听说舰队飞机损失较大后，堀悌吉再次削减防空战斗机数量，最终只给炮击舰队留下8架。
第三波出发后15分钟，埃塞克斯放飞的最后一批攻击群抵达，27架零战改使出浑身解数拦截，想攻击瑞鹤号的企图全部被拦截了，但意外很快发生了：一架tbf眼看俯冲轰炸机们在瑞鹤号方向占不到便宜，瞅准空子对准龙凤号下手，虽然近十架tbf只有这架飞机投下鱼雷，而且该机很快也被击落，但这条鱼雷却不偏不倚击中了龙凤号舰舯部，并轻而易举地进行穿透，只有1万多吨的龙凤号经不起这种摧残，大量进水倾斜，整条船像条死鱼一样飘荡在上面。
“长官，龙凤号保不住了。”
“弃船吧。”冢原看着零零落落退走的10余架美军飞机，苦笑道，“不知道渊田战果如何，把这里的情况告诉他，让他去游击舰队补充，把这里能飞的攻击机全调到角田那里去。”
角田觉治已收到了情况报告，他一方面为机动舰队的损失感到吃惊，另一方面又震惊于埃塞克斯号的坚固，发狠似地对身边人表示：“再打一次，一定要把埃塞克斯号送下海！”
16时44分，已成强弩之末的日军凑出最后45架攻击机去执行第四波进攻任务，使命是一定要找到并摧毁美军2艘受重创的航母。但或许是连续执行任务的飞行员太多疲惫，阴差阳错之下，他们没找到尼米茨和哈尔西所在的大部队，却偏偏找到了另一个方向上分开航行的新墨西哥号和萨拉托加号他们身边只有不到6艘驱逐舰。
18时03分，太平洋舰队老兵，自珍珠港战役后就坚持在一线的萨拉托加号终于被3条鱼雷击沉在波涛汹涌的中太平洋上，与他相伴的还有新墨西哥，这艘舰龄将近30年的一战老兵终于步了同级舰密西西比号、爱达荷号的后尘，其沉没也宣告了该级战列舰的完全覆灭。
就在太平洋舰队遭受重创时，塔拉瓦的美军也到了最终时刻，在得知太平洋舰队撤退，他们再也无法得到任何支援时，已损失将近一半兵力的美军陆战团士气最终崩溃，于傍晚时分选择了投降。
第二天清晨时分，草鹿任一哭丧着脸向堀悌吉报告整体战况。
“长官，情况非常不好……”
“说吧，我有心理准备。”
“翔鹤号重创，预计需要维修5-6个月；瑞鹤号微创；龙凤号、博尔扎诺号沉没；贝亚恩号中创，需进坞大修，损失飞机近180架，飞行员（组）未归队者84人，几无生还可能……榛名号……”
他刚说了一半，机要参谋悄悄递给他一纸电文，草鹿任一看后脸色刷白，手都颤抖起来，半天后才道：“雪风号和时雨号发来电报，遭遇美军潜艇，昨日率先脱离战场去特鲁克的榛名号于今日拂晓连中3雷，最终无力挽救，沉没了……”
“榛名号无所谓，飞行员的损失太令人心痛，战损率超过了3成……”堀悌吉叹了口气，“打仗总有牺牲，算了，别往心里去……说下战果吧。”
“击沉美军正规航母萨拉托加号，独立级轻空母1艘，护航航母6艘，新墨西哥级战列舰1艘，布鲁克林级轻巡洋舰2艘，肯特级重巡洋舰1艘，不知名巡洋舰1艘，驱逐舰8-9艘，重创埃塞克斯号，可能还有其他一些战果，不过具体不详，击落敌机近400架……”
实际上，美军损失除面上统计的这些，对尼米茨而言最痛彻心扉的是舰载机飞行员的损：刨除a舰队，b舰队一共200多人（组）飞行员损失率将近75%，其中有30多员（组）已经在塔拉瓦岛上成功迫降或跳伞，但因为岛屿被日军占领，这些人也连带着成为俘虏。如果加上a舰队飞行员的损失，整支太平洋舰队投入战役的航空兵损失率高达86%近乎全部打光。