第2舰队遭到美军舰载机群猛烈打击且损失惨重的噩耗传来，第1舰队指挥部内的气氛陡然间变得凝重无比，军官们无不脸色紧绷，努力克制住情绪波动，几个年轻的军官则咬住嘴唇，努力忍住眼泪。半晌后，凌霄缓缓地开口道：“2比1，我们目前还不算是落下风。”
“是2比2。”林靖海道，“山西号沉没了，山东号则遭到重创，也同样不能再参战了，我们在此战中相当于已经损失两艘航母。最严重的是，第2舰队既然已经失去战斗力，我们马上就要迎来美军的第二波打击了，必须要撤退了。”
“不！”凌霄脸色铁青，“美军现在还有四艘航母能参战，我们还有七艘航母能参战，此时此刻正是我们咬紧牙关，继续进攻的时候！”
“我提议，让第4舰队立刻抽调一半战斗机赶来援助我方舰队。”林靖海道。
“应该让第4舰队抽调一半战斗机以及一半的鱼雷机、轰炸机赶来参战！我们必须要全面反击！”凌霄斩钉截铁。
林靖海忍无可忍，他声色俱厉道：“我们到现在都不清楚美军舰队究竟在哪里！而我们第1和第2舰队却都已经暴露了！第2舰队刚刚被重创，那么美军的下一步就是进攻我们！你再冥顽不灵下去，第1舰队也会遭到第2舰队的命运！你负不起这个责！”
凌霄恼羞成怒：“我是舰队司令！轮不到你指手画脚！”
林靖海暴怒：“第2舰队为什么会被美军打得如此损失巨大？还不是因为你！你只知道顾头不顾腚地进攻进攻再进攻，所以你耗光了第1舰队的舰载机，迫使曾钧座不得不抽调他舰队的舰载机支援你！结果使得第2舰队防御空虚！你已经葬送了山西号！却还执迷不悟！你如果再把我们舰队里的这三艘航母葬送掉，那你就是百死莫赎！到时候就是把你送上军事法庭判你坐牢，又有什么用？到时候哪怕你痛哭流涕、悔恨愧疚，又有什么用？你现在冥顽不灵，却要整个舰队来为你付出代价！你又有什么资格拿国家的财产和舰队的上万条人命来给你的鲁莽蛮干买单？”
所有人都瞠目结舌地看着怒发冲冠的林靖海。
凌霄也张口结舌，看着犹如一头狮子般发怒的林靖海。两人怒目对视，但凌霄的眼神慢慢就黯然了下去：“好吧，你说得对，让第4舰队调拨一部分舰载机来增援我们吧。”
“我们现在距离拉包尔陆基航空兵的保护范围已经很远了，必须要安全渡过这个下午，趁着夜晚的掩护，全速向北开，重新开回安全海域，得到拉包尔的舰载机的补充，恢复实力，再返回来搜寻美军并展开攻击。”林靖海冷淡地道。
凌霄神色阴郁地点点头。
美军的第二波攻击来得比林靖海预料得还要快。下午3时整，第4舰队增援第1舰队的40架零式战斗机刚刚抵达第1舰队上空，美军对第1舰队的全面攻击正好在这同时展开。
获悉第2特混舰队击沉北华军一艘航母、两艘重巡巡洋舰并重创一艘航母后，尼米兹喜形于色，他随即给弗莱彻少将、斯普鲁恩斯少将、哈尔西少将发去了一份让华盛顿方面津津乐道的电报：“先生们，我们可以展开反击了。”
实际上，经过这么多次的搏杀，美军的舰载机也损失严重，同时也要防备北华军隐藏起来的其他舰队的攻击，肯定要留一批飞机保护己方军舰，虽然如此，美军三支特混舰队都竭尽全力地倾巢出动，派出的舰载机数量超过250架，对北华军第1舰队展开了第二波反击。
下午3时10分，辽宁号、朝鲜号、琉球号的对空雷达都发出警报，舰载机全部起飞。
下午3时22分，美军舰载机群浩浩荡荡地飞临第1舰队上空。
第2舰队遭到攻击的那一幕在第1舰队的身上得到了重演，空中护卫战斗机拼死与来袭的美机浴血搏杀，操控军舰的舰长、副舰长、航海长等军官拼死驾驶军舰躲避美机的攻击，防空炮和高射机枪岗位上的炮手射手们拼死对空开火扫射，声嘶力竭的呼喊声、悲痛欲绝的怒骂声、痛不欲生的惨叫声、震耳欲聋的爆炸炮击声、摄人心魄的飞机俯冲投弹声、惊心动魄的浪花轰鸣声...汇聚成响彻云霄的巨大声浪，海空大战使得海面翻腾鼎沸、天空熊熊燃烧。辽宁号飞行长李桂丹在事后描述这场战斗时，是这样叙述的：“...当我们看到云层之间源源不断地钻出一波又一波的美军飞机时，都感到浑身血液结冰了，因为我们知道这意味着什么。其实，在这一刻起，我就神智迷离了，脑子昏昏沉沉，不知道接下来的这一个小时是怎么度过的，就好像在梦游一样，但我其实一直在驾驶着飞机进行着飞行、战斗、搏杀，甚至在最后还顺利地驾驶着飞机返回航母甲板上，可我就是不清楚自己是怎么做到的。现在我才明白，那时候是我的身体在干那些事，完全是本能反应，而我的脑子已经迷糊了，所以才记不清楚。我只看到我们的舰队一片混乱，天空中到处都是绽放开的火球、黑烟，像萤火虫一样乱舞横飞的流光，海面上水柱林立，一团又一团巨大的水花被炸飞上天，灰色的军舰在惊涛骇浪中竭力地开动、转向、规避，美军的飞机就像追逐野牛的马蜂般穷追不舍。当我看到朝鲜号和琉球号都燃起冲天大火时，我的眼泪无法控制地流了出来，我当时有个很奇怪的想法，很匪夷所思，我当时几乎深信不疑我是在做梦，是的，这肯定是噩梦，怎么可能是真的？我在想，我怎么还不醒过来呢？直到最后，我恍恍惚惚地在辽宁号上降落，六神无主、眼神茫然地看着远处的钢铁废墟，我才接受了这个残酷的现实。站在甲板上，我看到所有的人，包括刚刚下飞机的飞行员、舰上的舰员，迎接我们的军官，都在流着眼泪，很多人都失声哭了起来。...”
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珊瑚海海战结束后，第1舰队副司令兼代理司令凌霄毫无意外地被送上了北华海军的军事法庭，并接受了多次的审讯。其中有一部分审讯记录是这样的：
审判军官：“美军飞机对第1舰队展开空袭打击的时候，你在干什么？”
凌霄：“我不记得了。”
审判军官：“你当时在想什么？”
凌霄：“什么都没有想，脑子一片空白。”
审判军官：“美军攻击开始后，你立刻下令辽宁号全速向北开动，你这个命令是为了挽救辽宁号还是为了逃命？”
凌霄：“我不知道，只是下意识的命令。”
审判军官：“你下令辽宁号全速向北开动时，却没有给其他军舰下达命令，致使舰队陷入巨大的混乱中，特别是朝鲜号和琉球号航空母舰，因为没有得到你的撤退命令，只能在原先海域进行规避，你这么做，是否是为了让朝鲜号和琉球号替辽宁号吸引美军火力？”
凌霄：“我...我不知道。”
第1舰队遭到美军机群攻击时，情况要比第2舰队好一点，因为舰队有90多架战斗机进行护卫，并且在美军机群来袭之前，雷达已发出警告，使得所有的战斗机都成功升空作战。战斗爆发后，辽宁号全速向北开动，朝鲜号和琉球号则在原地打转。一个美军飞行员在战事结束后说道：“...那艘最大的航母已经逃跑了，并且它周围有多艘军舰进行护卫，防空火力非常猛烈，所以我们改变了进攻目标，重点打击另外两艘中型航母。这两艘中型航母基本上一模一样，它们原本是靠在一起的，遭到我们的进攻后，立刻采取了圆形规避轨迹，由于两艘航母的开动方向正好左右相反，白色的浪花清清楚楚，两艘航母划开了两个近乎标准的圆形轨迹，并且这两个圆形轨迹首尾相接，因此在海面上形成了一个非常巨大的‘8’字尾迹。北华军很注重保护那艘重型航母，三分之一的战斗机都徘徊在那艘重型航母的上空，使得我们对这两艘中型航母的打击减少了很多阻力。我们前赴后继地投掷炸弹、发射鱼雷，那个‘8’字浪花尾迹的周围绽放开一个又一个不停扩大的圆形轨迹，那是炸弹炸开的波浪，使得海面看上去就像一幅几何图。那两艘中型航母徒劳无用地挣扎着，最终化为了两团漂浮的火球。...”
美军舰载机群因为损失过半而撤退的时候，朝鲜号和琉球号并没有沉没，但都无法挽救了。在攻击琉球号的美军飞机里，一架无畏式俯冲轰炸机表现得极为勇敢，当时那名美军飞行员驾驶飞机以斯图卡才有的垂直九十度向下直冲，为了提高命中率，飞机距离琉球号不足二百米的时候才猛然拉升，那颗炸弹贯穿了琉球号舰艏的四层机库，在最底舱的弹药舱里爆炸开来，囤积在里面超过三十枚鱼雷和三十颗航空炸弹一起被引爆，爆炸声音之大，使得天空中的云层里都不断回荡着响亮的回音，琉球号的舰艏在惊天动地的大爆炸中彻底不复存在，军舰的横截面触目惊心，有士兵形容道，“琉球号就好像被一头怪兽突然间咬掉了头部”，海面上形成了一道一米多高的立体水墙，一千多米外的海面都被震得剧烈颤动，无数燃烧的碎片在飓风般的冲击波气浪中翻飞到上千米高空，继而落满整个舰队所在海域，连跑得最远的辽宁号上都落下了好几块残骸，砸裂了飞行甲板。琉球号共1100名舰员，足有一半的舰员都死于这场大爆炸，绝大部分都是当场被炸死或震死的。而朝鲜号也厄运降临，在美军狂澜般的攻击中，其中一架美军投下的炸弹正好落到舰桥上，当场炸死了包括舰长欧阳格在内的绝大部分军官，使得损管人员和全舰官兵失去指挥，最终让弥漫全舰的大火一发不可收拾。
舰队里的所有人都呆若木鸡，不敢相信眼前这一幕。而天空中，美军飞行员则在欢呼声中兴高采烈地返航。
由于第1舰队在全速逃离，都已遭到致命重伤的朝鲜号和琉球号在无法抢救的情况下，不得不由己方军舰击沉。负责护卫朝鲜号的福州号驱逐舰执行了这个令人痛苦的任务，向奄奄一息的朝鲜号射去了四条鱼雷，击沉了朝鲜号，而护卫琉球号的锦州号驱逐舰已经在刚才的激战中被鱼雷严重击伤且正在沉没，所以福州号随即又奉命击沉了琉球号，最后又再次奉命把护卫琉球号但也已经遭到重创而无法挽救的乌苏里江号重型巡洋舰也给击沉。福州号舰长孙古贤中校欲哭无泪地道：“这是福州号第一次在实战中开火，但却是去击沉自己的军舰，并且还是连续击沉三艘自己的重型军舰，这是多么令人痛苦的事情啊！”
下午3时55分，琉球号航空母舰沉没于珊瑚海中北部；
下午4时10分，朝鲜号航空母舰沉没于珊瑚海中北部。