8点40分，由十八架俯冲轰炸机、九架鱼雷机和十二架零式战斗机组成的攻击队，在“飞龙号”飞行分队长小林道雄海军大尉带领下起飞。小林道雄示意日本飞行员跟随在完成轰炸返航的奥中轰炸机身后，悄悄向敌人的舰队接近。
此时，扬克尔派出的第二波攻击编队也抵达了战场上空，这回在第一波轰炸中侥幸逃脱的“飞龙”号在劫难逃，成了重点攻击的目标。包括24架俯冲轰炸机和一个中队的12架鱼雷机开始向“飞龙号”发起围攻，而其余的轰炸机则开始在海面上自由寻找有价值的攻击目标或是继续朝着已经被重创的四艘日本航母身上“补刀”。
“凤祥号”轻型航空母舰首先禁受不住攻击，舰体内部发生了剧烈的爆炸，整个军舰断成两截，很快就沉没了。
此时，南云舰队已经完全丧失了攻击能力，已经中弹的三艘航母上的舰员继续在努力控制火势。但航母上的火势却愈发猛烈，很快“赤城号”的动力舱也发生了爆炸，这艘航母完全失去了动力。由于发电机停止工作，舰上灭火用的水泵也随着不能使用了，机库的防火门已被烧毁，在这种可怕的情况下，那些泡沫灭火器也起不了什么作用。
烈火继续蔓延，火势越来越猛，伤亡不断增加，大火越来越无法控制了。
南云中将已经被迫转移到了“长良号”巡洋舰上，他站在新的旗舰上目睹了“苍龙号”的沉没。
“苍龙号”在设计时由于受《华盛顿海军条约》的吨位限制，排水量比“加贺号”少将近一半，而且舰体结构由于采用了防护薄弱的巡洋舰型结构，虽然航速较高，但其防御薄弱和恶劣海况下的稳定性却一直遭受诟病。
现在，这种恶果终于显现了出来，它虽然比“加贺号”少命中一颗炸弹，但受到的破坏却更加严重。“苍龙号”在几分钟内接连被中了三颗炸弹，头一颗炸弹命中舰身前部升降机前的飞行甲板，后两颗炸弹击中了中部升降机，完全炸毁了甲板，烈火迅速燃烧到油库和弹药库。9点20分，“苍龙号”完全成为浓烟火海了，紧接着就是舰体内部由于大火诱发起来的阵阵爆炸声。
十分钟以后，主机停车了，轮舵系统停止操作了，消防系统也遭到严重的破坏。由于大火，舰员不得不离开战位，但当他们躲到甲板上时，巨大的爆炸把不少人一下子掀到海里。由于火势太猛，舰长柳本柳作大佐不得不命令弃舰，他命令舰员们撤离，而自己却准备以身殉舰。为了躲避灼人的火焰，好多人立即跳到海里，随后由“滨风号”和“矶风号”驱逐舰救起，另外一些人有秩序地转移到这两艘驱逐舰上。
10点13分，“苍龙号”幸存的舰员们在近旁的几艘驱逐舰上看着“苍龙号”最后在海面上消失，和军舰一齐沉没的有舰长柳本以及其他的七百一十八人。
在第一波攻击中就遭受重创的旗舰“加贺号”又遭受到了六架俯冲轰炸机的攻击，结果有三颗炸弹击中了“加贺号”飞行甲板的前段、中段和后段。击中最靠近舰首的炸弹正好落在舰桥旁边，炸中了停在那里的一辆小加油车，整个舰桥和四周的甲板区顿时被大火吞噬，舰长冈田次作海军大佐和在这艘军舰指挥中枢的其他人员都当场阵亡，在这场大劫中免于遭难的飞行长天谷孝久海军中佐接替了该舰的指挥。
几乎到处都是烈火。接着几小时内损管人员拼死努力想制止火势的蔓延，但基本上失败了，整个军舰上，几乎找不到一处可以躲避。天谷海军中佐等大部分人员，不得不撤到右舷的小艇甲板上躲避。这艘航空母舰看来马上也就要毁灭了。
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