Тем временем огонь на авианосце распространялся все дальше, и в 16.40 капитан 2 ранга Амагаи отдал приказ оставить корабль. Все, кому удалось уцелеть, были переправлены на эскадренные миноносцы, стоявшие рядом. Спустя два часа пожар несколько утих, и Амагаи во главе аварийной партии вернулся на корабль, все еще надеясь спасти его. Однако героические усилия отстоять авианосец от огня оказались тщетными. Некогда могучий авианосец теперь представлял собой пылающий неподвижный остов. Раздались два сильных взрыва, и в 19.25 авианосец пошел ко дну. Место его гибели — 30°20' сев. широты и 179°17' зап. долготы. В этом бою погибла треть команды авианосца — 800 человек.
«Сорю» — третья жертва налета пикирующих бомбардировщиков получил на одно попадание меньше, чем «Кага», но его повреждения также были очень серьезны. Когда началась атака, команда корабля была занята подготовкой самолетов к взлету. О грозящей опасности узнали лишь тогда, когда на палубе «Кага», находившегося на некотором расстоянии по левому борту, увидели яркие вспышки огня, вслед за которыми раздались взрывы, взметнувшие в небо огромные столбы черного дыма. Глаза инстинктивно поднялись к небу, и все увидели, что 13 американских бомбардировщиков в крутом пике идут прямо на «Сорю». Было 10.25.
В течение трех минут в авианосец попало три бомбы. Первая разорвалась на полетной палубе перед носовым лифтом, а две следующие накрыли центральный, до неузнаваемости разворотив палубу. Вскоре огонь перекинулся на цистерны с бензином и погреб для боеприпасов. К 10.30 пылающий, окутанный клубами дыма корабль представлял собой ужасающее зрелище. Вызываемые огнем взрывы следовали один за другим.
В течение десяти минут остановились главные машины, вышла из строя система рулевого управления, были уничтожены пожарные магистрали. Уже через 20 минут после попадания первой бомбы авианосец был охвачен таким сильным пламенем, что его командиру Янагимото пришлось отдать приказ покинуть корабль. Многие, спасаясь от всепожирающего огня, бросались в море, где их подбирали эскадренные миноносцы «Хамакадзэ» и «Исокадзэ». Другие члены экипажа переправлялись на эскадренные миноносцы более организованно.
Однако вскоре обнаружилось, что Янагимото остался на мостике пылающего корабля. Ни одного командира во всем японском флоте матросы не любили так, как его. Янагимото был настолько популярен, что если он собирался выступить с речью перед командой, матросы собирались раньше на час или более, чтобы занять места поближе. Теперь они решили спасти его любой ценой.
Это дело поручили главному старшине Абэ, чемпиону японского флота по борьбе, так как было решено применить силу, если Янагимото откажется уйти с авианосца добровольно. Когда Абэ вскарабкался на мостик «Сорю», Янагимото стоял там неподвижно с саблей в руке, устремив взгляд на нос корабля. Шагнув вперед, Абэ сказал:
— Командир, я пришел сюда по поручению всей команды, чтобы спасти вас. Я прошу вас перейти со мной на эскадренный миноносец. Матросы ждут вас.
Ответом было молчание. Абэ угадал мысли командира и направился к нему с твердым намерением унести его в поджидавшую их шлюпку. Но сила воли и решимость командира остановили Абэ. Со слезами на глазах он повернул назад. Покидая мостик, Абэ слышал, как Янагимото тихо пел национальный гимн.
В 19.13 на глазах членов команды, которые находились на борту эскадренных миноносцев, «Сорю» погрузился в морскую пучину, унося с собой тела 718 человек и своего командира. Место погружения авианосца — 30°38' сев. широты и 179°13' зап. долготы.
Ни один из многочисленных свидетелей последних часов жизни этого гигантского авианосца не заметил никаких признаков присутствия подводной лодки, никто не видел и следов торпед. Перед погружением авианосца на нем произошел целый ряд взрывов, но они, несомненно, были вызваны пожарами и не чем другим. Поэтому совершенно очевидно, что в американских отчетах о сражении у о. Мидуэй, где честь потопления авианосца «Сорю» приписывается подводной лодке «Наутилус», допущена ошибка, так как объектом атаки подводной лодки был авианосец «Кага». Но, как сказано выше, атака «Кага» подводной лодкой не явилась причиной его гибели.
Когда из-за полученных повреждений «Акаги» как флагманский корабль Ударного авианосного соединения Нагумо перестал существовать, командование соединением на некоторое время автоматически перешло к контр-адмиралу Абэ, командиру 8-й дивизии крейсеров, который держал свой флаг на тяжелом крейсере «Тонэ». Командование авианосной авиацией принял контр-адмирал Ямагути, командир 2-й дивизии авианосцев. Его флагман «Хирю» был единственным авианосцем, не имевшим повреждений после опустошительного налета пикирующих бомбардировщиков.