在得知加贺号和苍龙号沉没、飞龙号遭受重创之后，尼米兹立刻下令让已经集结完毕的第十六、十七特混舰队全体向李辉在情报上写出的日军主力舰队撤退的方向进发。
？ 尼米兹之所以发动全面反击，是想趁着日军失去了四艘主力航母的机会，给日本联合舰队造成更大的损伤。毕竟现在日本海军在太平洋上具有绝对压倒性的优势，就算一次性损失了四艘航母和一些战列舰、重型巡洋舰，其实力也不是弱小的美军太平洋舰队可以撼动的。
如果不能趁机将日军的伤口撕的更大一点，那么美军太平洋舰队起码在未来半年内，仍然会保持了被动挨打的局面。
虽然日军还有凤翔号、瑞凤号航母（位于日军登陆、运输舰队中）和俩艘水上飞机母舰，但尼米兹却丝毫不惧，这除了企业号和大黄蜂号航母还拥有相当数量的轰炸机和战斗机之外，还源于李辉向他提供的那份写明了日军舰队所有行动步骤的情报。
虽然尼米兹这也是在进行压上国运的豪赌，而且手里筹码也不多，但就因为那份情报的存在，他就已经立于了不败之地——在知道对方底牌的情况下，除非是个傻子，否则根本就不可能会输!尼米兹是个傻子吗？显然不是！
日军接下来的一个举动，让美军在尚未发起反击之前，就收获了一个巨大的战果。
下午三点半，重新接过指挥权，并已经收拢了航空机动舰队剩余舰支的南云忠一在接到大和号发来的撤退命令后，下令击沉已经进水倾斜、起火燃烧了一个多小时的飞龙号航空母舰。
其实飞龙号的受损情况并不严重，虽然上层甲板起火，但火势并没有蔓延到船体下层，而且消防系统仍然完好，只要花费一些时间，就可以将大火扑灭，更重要的是，飞龙号虽然船体进水倾斜，但隔水舱却并未遭到破坏，动力系统也并未受损，船只仍然能以18节的航速在海面上航行。
但也许是南云忠一怕受损的飞龙号拖慢舰队的航速，亦或许是因为什么其他原因，在山口多闻提出抗议后，他仍然下令击沉了这艘航空机动舰队仅存的航空母舰。
山口多闻和飞龙号舰长加来止男拒绝撤离，选择和苍龙号舰长柳本柳作一样，与舰支共存亡。
南云忠一满足了他们的愿望。
下午三点五十分，卷云号驱逐舰向飞龙号进行了“雷击”，3枚500公斤级的高爆鱼雷将飞龙号的左侧舰壁完全炸开，舰体迅速倾斜、下沉，但即使是这样，排水量近两万吨的飞龙号也是在俩个小时候才彻底沉没的。
在最后时刻，站在舰桥上的山口多闻和加来止男神情庄重的向东方敬了一个军礼，然后一同随军舰沉入海面。
不过南云忠一并没有看见这一幕，在下达击沉飞龙号的命令后，他就率领已经没了航母的航空动机舰队去追赶主力舰队了。
不过他们这些残兵败将并没能得到预期中的保护，因为当他们和主力舰队汇合时，那边已经乱成一锅粥了。
下午四点十五分，从中途岛起飞的“卡塔琳娜”远程侦察机发现了担任警戒的日军水上飞机。这次美国飞行员也学聪明了，同样没有打草惊蛇，而是尾随着这架水上飞机找到日军主力舰队。
收到消息后，尼米兹并没有立刻就下达进攻命令，毕竟日军主力舰队虽然舰载机不多，但却拥有50余架水上飞机，加上密集的防空火力，同样能给美军攻击机编队造成大量的伤亡。而且如果美军的空袭不能给日军主力舰队造成重创，势必会引起对方的反击，到时候，倒是没有任何战列舰的美军舰队可就危险了。
所以尼米兹必须要等到一个能对日军主力舰队造成一击必杀的机会，才会发起攻击。
这个机会并没有让他等的太久。
十五分钟之后，也就是下午四点三十分钟，另一架“卡塔琳娜”远程侦察机发来电报，说在距离日军主力舰队以南160余海里的位置发现了大批日军军舰，其中有十几艘大型运输舰和登陆舰。
收到电报的尼米兹马上就判断出这一定是日军的登陆、运输舰队，他高兴的一拍的桌子，命令大黄蜂号立刻派出18架无畏式俯冲轰炸机、8架TBD蹂躏者鱼雷轰炸机和12架野猫式战斗机对这个舰队发动空袭。同时命令侦察机密切监视日军主力舰队动向，如果发现日军的舰载机和水上飞机起飞增援就立刻汇报。
下午五点零五分，美军攻击机群出现在日军登陆、运输舰队上空，舰队所属的瑞凤号轻型航母上的十架零式战斗机立刻起飞拦截，其他军舰也立刻改变阵型，以航母、登陆舰、运输舰为核心组成新的防护阵型。同时，舰队指挥官近藤信竹海军中将也马上就向大和号发电，请求作战指导。
接到电报后，山本五十六却拒绝指挥，坚决闭门不出，身为司令员却这么任性，你让下属怎么办？没办法，为了顾及山本的尊严，以及不影响士气，作为首席幕僚长（其实就是参谋长）的黑岛大佐只好以山本的名义代其指挥作战。
黑岛虽然是难得一见的战略天才，但因为长期担任幕僚长，所以实战经验不足，在如此情况下紧紧接替指挥，难免会有些紧张，无法洞悉全局，这也让他正中了尼米兹的调虎离山之际。
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