В 13.15 «Дзуньё» поднял 5 своих самолетов и 10 самолетов «Сёкаку». Через 2 часа эти 8 «Зеро» и 7 «Кейтов» появились над поврежденным «Хорнетом». «Нортгемптон» отдал буксир и приготовился защищать себя. Бомбы и торпеды «Кейтов» обрушились на почти неподвижный авианосец. Торпеда попала в машинное отделение «Хорнета», и его затопило. Корабль получил крен 14º. Бомба попала в задний срез полетной палубы, и после этого команде было приказано покинуть корабль.
Из 15 самолетов, участвовавших в этой атаке, японцы потеряли в бою 4 машины, еще 3 упали в море.
Затем с «Дзуньё» взлетела очередная группа самолетов. Она состояла из 6 «Зеро» и 4 «Вэлов». Для некоторых пилотов это был уже третий вылет в течение дня. Эти самолеты нашли «Хорнет» в 17.00. Еще одна бомба попала в авианосец – она взорвалась в ангаре. Ни один из японских самолетов не погиб.
«Хорнет» был обречен, оставалось лишь прервать его страдания. Эсминец, остановившись в миле от авианосца, выпустил 8 торпед, 3 из них попали в цель. Но авианосец остался на плаву.
Еще один эсминец выпустил в «Хорнет» 8 торпед, из которых 6 попали в авианосец. Однако корабль упрямо отказывался тонуть.
Обескураженные эсминцы подошли ближе и сделали по авианосцу более 400 выстрелов из 127-мм орудий, но «Хорнет» никак не желал тонуть. Его пожары были видны в сгущающейся темноте на много миль вокруг. Корабль получил попадания 8 бомб, 12 торпед, в него врезались 2 самолета, эсминцы расстреливали его из орудий, однако он не тонул.
А с севера приближались японцы. С мостика «Дзуньё» уже можно было видеть на востоке пылающий авианосец. Японцам достался завидный приз – американский авианосец, причем один из тех, которые участвовали в рейде Дулитла на Токио. Но спешившие японцы не имели времени оценить ситуацию. 2 японских эсминца всадили в «Хорнет» еще 4 торпеды, и 27 октября в 1.35 он затонул, унося с собой тела 111 человек экипажа.
Гибель «Хорнета» означала конец боя у островов Санта-Крус. Постскриптум был приписан в 2.00, когда одна «Каталина» чуть не попала торпедой в уходящий «Сёкаку», а другая «Каталина» повредила японский эсминец. Точка была поставлена днем 27 октября, когда «Саут Дакота», уклоняясь от подводной лодки, столкнулась с эсминцем. Оба корабля получили повреждения.
Ночью 26/27 октября механики «Дзуйкаку» и «Дзуньё» подготовили к вылету ударную группу из 44 истребителей, 18 пикирующих бомбардировщиков и 22 торпедоносцев. Однако стартовавшие на рассвете японские разведывательные самолеты не сумели найти американские корабли. На японских эсминцах кончалось топливо, поэтому японский командир неохотно приказал своим кораблям собраться вместе и отходить.
Бой у островов Санта-Крус был четвертым большим боем авианосцев. Это была тактическая победа японцев. Они потеряли почти 90 самолетов, у них были тяжело повреждены эскадренный авианосец «Сёкаку» и легкий авианосец «Дзуйхо», но «Дзуйкаку» и «Дзуньё» остались невредимы, и на них имелось 84 исправных самолета.
Американцы потеряли 74 самолета (из них только 20 в бою). Эскадренный авианосец «Хорнет» и эсминец были потоплены, авианосец «Энтерпрайз», линкор «Саут Дакота» и 2 эсминца были серьезно повреждены. Поврежденный «Энтерпрайз» был в это время единственным авианосцем союзников на Тихом океане.
Но со стратегической точки зрения результаты боя были благоприятны для американцев. Японские транспорты не смогли подойти к Гуадалканалу, так как американская морская пехота удержала аэродром Гендерсон. Много японских кораблей получили тяжелые повреждения от атак с воздуха. Потерянные 90 самолетов унесли с собой большую часть опытных японских пилотов, уцелевших при Мидуэе и в Коралловом море. Из начавших войну пилотов теперь в живых оставались считанные единицы.
Бой дал много уроков американскому флоту. Нужно было лучше обеспечивать ПВО авианосного оперативного соединения. Требовалась более надежная связь между разведывательными самолетами и авианосцами. На кораблях следовало устанавливать больше 40-мм автоматов, как это было сделано на «Энтерпрайзе» и «Саут Дакоте». Требовалось улучшить авиационные торпеды и тактику действий торпедоносцев. (Ни один из авианосных 27 торпедоносцев и ни одна из «Каталин», выступавших в этой роли, не добились попаданий. Вдобавок, только 9 из 16 торпед, выпущенных эсминцами в стоящий «Хорнет» с минимального расстояния, попали в цель.)