就在这个时候，升空之后的美军战斗轰炸机群再次向日军舰队猛扑过来，经过半个小时的激烈搏杀，日本护航战斗机群共击落美机二十五架，自己只损失了八架战斗机。尽管如此，还是有十几架美军轰炸机把炸弹投了下去，击沉了两艘驱逐舰，并重伤一艘战列舰，在日本海军官兵的心头蒙上了一层阴影。

两个小时之后，日本主力舰队赶到，立即出动百余轰炸机对中途岛进行地毯式轰炸，顿时把整个岛屿笼罩在硝烟和烈焰之中，日军第二攻击波指挥官观察后确认，中途岛机场已经被彻底摧毁，至少需要两个月的时间才能够修复，于是联合舰队浩浩荡荡地向瓦胡岛挺进。然而他却严重低估了美军的修复能力，实际上，该机场在次日上午就已经能够起飞战机了！

8月28日凌晨，日本联合舰队在瓦胡岛以西三百海里区域遭到了美军陆基战斗轰炸机群的猛烈攻击，日军只得在全力迎战的同时开始对瓦胡岛的空袭。

此时的瓦胡岛，已经变成了一个巨大的防空堡垒，一百多个高炮连把包括港口、机场在内的重要军事设施严密保护起来，炮弹和高射机枪火力在岛屿上空编织出一个又一个绵密的火网，疯狂绞杀任何意图穿越的日军飞机。

在这种情况下，日本海军飞行员只得依靠娴熟的飞行技巧规避地面炮火，用加缝插针的方式进行对地攻击，效果非常有限。经过整整四个小时的攻击，瓦胡岛上的地面防空阵地仍然没有被全部摧毁，而美军地面部队总是在日军轰炸的间隙全力修复被摧毁的炮弹，接纳返航的战机，迫使日军在延长空袭时间的同时，逐步加大攻击力度。原先准备用来对付美军舰队的轰炸机群全部换掉鱼雷和舰艇炸弹，改用航空炸弹，加入对地攻击的行列。此时，大部分日本飞行员都已经连续升空作战三四个架次，作战时间达到两个小时以上，从精神和肉体都非常疲惫。

下午两点半锺，尼米兹率领的美国舰队出现在瓦胡岛以南三百海里区域，航空母舰全部逆风行驶，在二十分钟的时间内就升空了两百四十架战斗轰炸机，向雄鹰一样扑向自己的猎物。紧接着，大批飞机从机库裏面送到甲板上，第二攻击波和第三攻击波的三百架战斗机相继升空完毕，加入了攻击的行列。

这时候，日本联合舰队也发现了美军舰队的踪迹，急忙停止对瓦胡岛的空袭，回收飞机，加油并更换武器。

三点十分左右，日美双方超过五百架战机在日本联合舰队东南方向五十海里的地方遭遇，随即展开了一场规模空前的惨烈搏杀，乌云一样的机群把整个天空都遮挡起来，爆炸的火光简直比夜空的星星还要多，机关炮和机枪的扫射声在天空炸响，仿佛暴风雨来临前的惊雷，巨大的声响在数十海裡外都听得到。

美军轰炸机飞行员按照事先制订的计划，在战斗机于日军缠斗的时候，迅速脱离战场，向日本舰队冲去，然后全力摆脱日军护航战斗机的拦截，穿越密集的防空炮火，把重磅炸弹和鱼雷投向目标。

日本飞行员尽管已经疲惫不堪，但是凭借顽强的意志和出色的个人技术，仍然掌握了空战的主动权，在成功击退美军战斗机之后，掩护轰炸机群对美军舰艇发动攻击。

相对于日军来说，美军在飞机的数量上占据优势，但是飞行员的素质又不如对手，于是堪堪打成平手——两个小时的搏杀之后，日本有两艘航空母舰被击沉，一艘重伤，而美军则被击沉三艘，一艘重伤。

然而，随着时间的推移，美军的数量优势开始发挥作用，战争的天平逐渐向美军倾斜下去。就在这个时候，中途岛机场和瓦胡岛机场的陆基战斗轰炸机群加入战团，开始形成压倒性的优势！

山本五十六终于意识到自己已经无法赢得这场胜利，只得在夜晚降临之前下令撤退——夏威夷海战悬宣告结束！虽然双方的损失基本相当，但是美国雄厚的实力使太平洋舰队可以在几个月的时间内就恢复过来，而日本却连优秀的飞行员都无法满足需要，更不用说耗资巨大的航空母舰了，于是美国太平洋舰队夺回了太平洋的主动权。