中途岛战役美军只损失一艘航空母舰、1艘驱逐舰和147架飞机，阵亡307人；而日本却损失了4艘大型航空母舰、1艘巡洋舰、330架飞机，还有几百名经验丰富的飞行员和3700名舰员。日本海军从此走向了失败。为了掩护自己的惨败，避免挫伤部队的士气，6月10日日本电台播放了响亮的海军曲，并宣称日本已“成为太平洋上的最强国。”当惨败的舰队疲惫不堪地回到驻地时，东京竟举行灯笼游行以庆祝胜利。美国海军首脑事后评价道：“中途岛战斗是日本海军350年以来的第一次决定性的败仗。它结束了日本的长期攻势，恢复了太平洋海军力量的均势”。同时，此战还给日军高层造成了难以愈合的创伤，这一痛苦的回忆直到二战结束一直挥之不去，使他们再也无法对战局做出清晰的判断。
美国著名海军历史学家塞缪尔·E·莫里森把美国海军在中途岛海战中的胜利称之为“情报的胜利”。美国海军提前发觉日本海军的计划，是日本海军失利的唯一最主要的原因。但许多军事家认为：日本海军坚持以战列舰作为海战决战的决定性力量，把航空母舰当做辅助性力量使用，忽略了航空兵力的作用是导致失败的最终结果。
日本海军计划最明显的失误是分散部署兵力，联合舰队各部队在相隔很远的距离上单独作战，而美国海军最大限度的集中部署兵力。联合舰队的优势被削弱了。日军计划另一个失误是，进攻中途岛本来是诱使敌舰队决战，可却给航空母舰套上支持占领中途岛的任务，并一相情愿的认为在中途岛受到攻击以前，敌舰队不会离开其基地。日军侦察搜索计划同样不利。最后导致南云遇到进退维谷的难题和来回换装鱼雷、炸弹的尴尬局面。
中途岛海战改变了太平洋地区日美航空母舰实力对比。日军仅剩大型航空母舰2艘、轻型航空母舰4艘。从此，日本在太平洋战场开始丧失战略主动权，战局出现有利于盟军的转折。此次海战的特点是双方海上战斗编队在舰炮射程之外，以舰载航空兵实施突击。日军失败的原因是过高估计己方航空母舰的战斗力，同时在两个战役方向作战，兵力分散；情况判断错误，认为美国航空母舰来不及向战区集结；通信技术落后,缺乏周密的海上侦察,直至关键时刻也未查明美航空母舰的位置；战场指挥不当，决心多变。美军获胜的原因是掌握日军进攻企图，及时集结兵力待机；在鱼雷机大部损失的情况下，轰炸机连续俯冲轰炸，导致日军鱼雷机连机带雷爆炸，航空母舰被彻底摧毁。
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