Американские пикирующие бомбардировщики повернули на восток к своим авианосцам, оставив позади себя 3 высоких столба дыма, поднимающиеся над горящими японскими авианосцами. Во время атаки были сбиты лишь несколько американских самолетов, но когда МакКласки выходил из пике, 2 «Зеро» увязались за ним. Он бросил свой «Доунтлесс» к самой воде, и стрелок-радист открыл огонь из спаренного 7,62-мм пулемета. Один «Зеро» был сбит, второму пришлось отвернуть. Однако во время этой стычки японские пули изрешетили SBD, который все-таки сумел дотянуть до своего авианосца. Сам МакКласки получил 5 пуль в левую руку и плечо. У другого SBD во время пикирования спаренный пулемет сорвался со шкворня. Обычно требовались 2 человека, чтобы поставить его на место. Но стрелок сумел удержать пулемет и даже сбил один «Зеро».
Возвращение стало более серьезной проблемой, чем японские истребители. На авианосцах подсчитали, что нужно идти на запад со скоростью 24 узла, чтобы принять самолеты. Однако кораблям приходилось несколько раз разворачиваться против легкого восточного ветра и развивать 27 узлов, чтобы поднять или посадить самолеты воздушного патруля. Поэтому соединение двигалось на запад со средней скоростью не более 12 узлов. Авианосцы сохраняли радиомолчание, поэтому, когда самолеты «Энтерпрайза» и «Хорнета» прибыли в указанную для посадки точку, они не обнаружили там своих авианосцев, которые находились в 60 милях от этого места. Самолеты начали ходить кругами в поисках своих плавучих баз и заметили их, когда горючее уже было на исходе. 17 пикировщиков «Йорктауна» сразу нашли свой авианосец, благодаря проницательности командира эскадрильи. Сначала они держались в воздухе, чтобы дать сесть истребителям, а потом японские самолеты атаковали «Йорктаун», и «Доунтлессам» пришлось улететь прочь. 15 самолетов сели на «Йорктаун», а у 2 кончился бензин, и они упали в море. «Энтерпрайз» также принял на борт несколько истребителей «Йорктауна». Один раненный пилот, садившийся на «Хорнет», не поставил гашетки пулеметов на предохранители, и когда «Уайлдкэт» коснулся полетной палубы, пулеметы начали стрелять, убив 5 человек и ранив еще 20.
Всего во время атаки от действий противника и в результате вынужденных посадок на воду «Энтерпрайз» потерял 1 F4F, 14 SBD, 10 ТBD. «Хорнет» потерял 12 F4F и 15 TBD. Потери «Йорктауна» составили 1 F4F, 2 SBD, 12 TBD. Но японцы дорого заплатили за эти 67 самолетов.
Когда адмирал Нагумо покинул горящий «Акаги», командование ударным соединением временно перешло к командиру сил прикрытия, а командование воздушными операциями взял на себя контр-адмирал Ямагути на оставшемся целым «Хирю».
«Хирю» наносит ответный удар
Адмирал Ямагути немедленно приказал атаковать американские авианосцы. С «Хирю» взлетели 8 истребителей и 18 пикирующих бомбардировщиков под командой лейтенанта Митио Кобаяси. Они встретили несколько американских самолетов, которые привели японцев прямо к «Йорктауну». 2 «Зеро» по пути оторвались от группы, чтобы атаковать американские самолеты. Остальные самолеты «Хирю» были встречены воздушным патрулем, когда приблизились к «Йорктауну». К авианосцу прорвались лишь 8 «Вэлов». 2 были сбиты зенитным огнем, а 6 уцелевших сбросили бомбы на «Йорктаун», который маневрировал на скорости 30,5 узлов. Еще один «Вэл» был сбит прямо над авианосцем, но его бомба взорвалась на полетной палубе, вызвав пожар. Другая бомба, взорвавшись в корабельной трубе, вызвала большой пожар, разворотила дымоходы, разбила 2 котла и погасила топки почти во всех остальных 7 котлах. Третья бомба пробила 4 палубы и взорвалась в районе погребов боеприпасов и топливных цистерн, вызвав еще более сильный пожар.
Погреба «Йорктауна» были спешно затоплены, и аварийно-спасательная партия бросилась в бой. В 12.20, через 20 минут после первого попадания, авианосец из-за потери пара в котлах остановился. Пожары вывели из строя корабельный радар и большую часть радиоаппаратуры, вынудив адмирала Флетчера в 13.15 перенести флаг на крейсер. Адмирал Спрюэнс, находившийся на «Энтерпрайзе», принял на себя руководство действиями авианосцев.