尼米茨考虑再三后拒绝了，因为部队对西面的情况并不清楚，贸然前往只能招来不必要的损失。
15时17分，村田重治率领日军第四攻击波从机动舰队出发，这一波一共只带了53架飞机，冢原为掩护机动舰队，留下27架防空战斗机，此时游击舰队上空一架防空战斗机也没有，炮击舰队上空也只有8架战斗机——听说舰队飞机损失较大，堀悌吉再次削减防空战斗机数量，最终只留下8架。
第四波出发后15分钟，埃塞克斯放飞的最后一批40架飞机组成的攻击群抵达，27架零战改使出浑身解数拦截，企图攻击瑞鹤号的飞机全被拦截，但意外很快发生了：一架tbf眼看俯冲轰炸机们在瑞鹤号方向占不到便宜，便瞅准空子对龙凤号下手，虽然近十架tbf只有这架飞机投下鱼雷，而且该机很快也被击落，但投下的鱼雷却不偏不倚击中了龙凤号舰舯部，并轻而易举地进行穿透，只有1万多吨的龙凤号经不起这种摧残，大量进水倾斜，整条船像条死鱼一样飘荡在上面。
“长官，龙凤号保不住了。”
“弃船吧。”冢原看着零零落落退走的10余架美军飞机，苦笑道，“不知道渊田战果如何，把这里的情况告诉他，让他去游击舰队补充，把这里能飞的攻击机全调到角田那里去。”
角田觉治已收到了情况报告，他一方面为机动舰队的损失感到吃惊，另一方面又震惊于埃塞克斯号的坚固，发狠似地对身边人表示：“再打一次，一定要把埃塞克斯号送下海！”
16时48分，村田重治抵达战场上空，他的使命是一定要找到并摧毁美军2艘受重创的航母。但或许是连续执行任务的飞行员太多疲惫，第一时间没找到尼米茨和哈尔西所在的大部队，阴差阳错下展开搜索，找到了另一方向上分开航行的新墨西哥号和萨拉托加号——他们身边只有不到6艘驱逐舰。
17时03分，太平洋舰队老兵，自珍珠港战役后就坚持在一线的萨拉托加号终于被3条鱼雷击沉在波涛汹涌的中太平洋里，与其相伴的还有新墨西哥号，这艘舰龄将近30年的一战老兵终于步了同级舰密西西比号、爱达荷号的后尘，其沉没也宣告了该级战列舰的完全覆灭。
17时59分，已成强弩之末的日军凑出最后45架攻击机准备去执行第五波进攻任务，想要最后解决埃塞克斯号，但冢原考虑再三，顾虑到返回时天色已太暗，飞行员又过于疲惫，很可能损失太大，不顾众人劝说，放弃该轮进攻，但同意明日再打一次。
就在太平洋舰队遭受重创时，塔拉瓦的美军也到了最终时刻，在得知太平洋舰队撤退，他们再也无法得到任何支援时，已损失将近一半兵力的美军陆战团士气最终崩溃，于傍晚时分选择了投降。
第二天清晨时分，草鹿任一哭丧着脸向堀悌吉报告整体战况。
“长官，情况非常不好……”
“说吧，我有心理准备。”
“翔鹤号重创，预计需要维修5-6个月；瑞鹤号微创；龙凤号、博尔扎诺号沉没；贝亚恩号中创，需进坞大修，损失飞机近180架，飞行员（组）未归队者84人，几无生还可能……榛名号……”
他刚说了一半，机要参谋悄悄递给他一纸电文，草鹿任一看后脸色刷白，手都颤抖起来，半天后才道：“雪风号和时雨号发来电报，遭遇美军潜艇，昨日率先脱离战场去特鲁克的榛名号于今日拂晓连中3雷，最终无力挽救，沉没了……”
“榛名号无所谓，飞行员损失太令人心痛，战损率超过了3成，本来还说带他们都回去休整的……”堀悌吉叹了口气，“打仗总有牺牲，算了……说下战果吧。”
“击沉美军正规航母萨拉托加号，独立级轻空母1艘，护航航母6艘，新墨西哥级战列舰1艘，布鲁克林级轻巡洋舰2艘，肯特级重巡洋舰1艘，不知名巡洋舰1艘，驱逐舰8-9艘，重创埃塞克斯号，可能还有其他一些战果，不过具体不详，击落敌机近400架……”
美军损失除面上统计的这些外，最痛彻心扉的是舰载机飞行员的损：刨除a舰队，b舰队一共200多人（组）飞行员损失率将近75，其中有30多员（组）已在塔拉瓦岛上成功迫降或跳伞，但因为该岛最终被日军占领，这些人也连带着成为俘虏。如果加上a舰队飞行员的损失，整支太平洋舰队投入战役的航空兵损失率高达86——近乎全部打光。
除飞行员外，太平洋舰队水兵的损失也不少，各舰加起来的人员损失高达3000多人，这还没计算塔拉瓦、图瓦卢上的陆军和陆航损失。吉尔伯特战役的胜利无论是战略还是战术上，胜利者都是联合舰队——虽然他们损失也不小。
堀悌吉听完眼睛就亮起来了：“很好，这意味着太平洋舰队主力目前只剩下2艘南达科他级了，尼米茨接下去6-8个月只能躲在珍珠港，其他什么事也干不了。”
“可我们也动不了，大凤要到12月才能服役，瑞鹤至少也要休息1个月。”
“角田带着2艘轻空母就足够横行了。”堀悌吉哈哈大笑起来，“我们不用去打夏威夷，弄支分舰队就能截断美军的航运，没了物资补充，澳新的美军还能蹦跶么？再退一步说，就算澳新勉强能维持，美军还有能力干涉印度局势么？”
草鹿任一想通了，转忧为喜。
“大家开心一点，我们是胜利者！战役打完了，接下去就是回家。等回到本土，我请大家喝酒！一起喝个痛快，墨索里尼首相送了我好几瓶名贵红酒呢。”堀悌吉意气风发地挥挥手，宽慰众人，“至少翔鹤还在不是？我早就准备送它进船厂修理并加装弹射器；博尔扎诺本就是白来的，丢了也就丢了；龙凤号有些可惜，不过还有贝亚恩号冲抵，完全可以。这完全是货真价实的胜利，回去可不用把你们关在海军医院里粉饰太平。”
这句调侃话一出，众人全都哈哈大笑起来。
“我帮山本大臣干了他当初想干而没干成的事——全灭太平洋舰队航母！”堀悌吉满脸豪气，“这还有什么不满足的？总不能不战而屈人之兵吧？美国人要这么弱，还称得上两洋霸主么？”
司令塔里所有人毕恭毕敬地敬礼：“我等谨为长官贺！”
“诸位，登岛吧，我们去看看陆战队坚守到底的地方……”
虽然陆战队接受美军投降后第一时间就询问了美方有关本军俘虏和柴崎的下落，但美方无论官兵都表示不知道，推断有可能直接丧生于炮火——尸骨无存，日军倾向于接受这种解释。
听完美军俘虏讲述的有关塔拉瓦血战的完整经过，并实地查看了双方血战的堡垒工事群，听者无不动容长长叹了口气，堀悌吉说道：“可惜了！是我的错！我来晚了！收拢阵亡者骸骨，把他们带回国，让他们的英灵终得安宁！”
“奏乐！”
军乐队将激昂的《军舰进行曲》演奏了起来，从第二阙开始，由堀悌吉带头，登陆的1000多名官兵放声演唱：
……
尸随浪花浮海面；
踏过高山；
身自凋零没野草；
吾为君亡；
死而无憾！
太平洋上煤炭燃烧浓烟翻滚；
随风飘，与巨龙一起飞翔！
舷侧重炮齐声巨响，威震太平洋；
如雷灌耳突如电闪，势如破万竹；
跨万里之波涛；
……
“长官，是军歌，海军军歌，是《军舰进行曲》！”地洞里的残兵又哭又跳，几欲发狂，“联合舰队打赢了！打赢了！来救我们了！”
“不会是敌人伪装诱骗我们出去把？”
“不会，米英鬼畜哪里会唱《军舰进行曲》，这一定是我们自己人，自己人。”
柴崎无力地挥了挥手：“出去吧！再不去去，我们都得完蛋。”
“该死，地洞被大石头封住了，挖不开！”有人大哭，“难道我们就这样死在这里？”
在联合舰队大规模炮击塔拉瓦时，塔拉瓦日军残兵所在的地洞很幸运没有直接挨上一发，否则直接就全部挂了，但其他地方的石头和残骸不可避免地盖住了这里。
15时17分，村田重治率领日军第四攻击波从机动舰队出发，这一波一共只带了53架飞机，冢原为掩护机动舰队，留下27架防空战斗机，此时游击舰队上空一架防空战斗机也没有，炮击舰队上空也只有8架战斗机——听说舰队飞机损失较大，堀悌吉再次削减防空战斗机数量，最终只留下8架。
第四波出发后15分钟，埃塞克斯放飞的最后一批40架飞机组成的攻击群抵达，27架零战改使出浑身解数拦截，企图攻击瑞鹤号的飞机全被拦截，但意外很快发生了：一架tbf眼看俯冲轰炸机们在瑞鹤号方向占不到便宜，便瞅准空子对龙凤号下手，虽然近十架tbf只有这架飞机投下鱼雷，而且该机很快也被击落，但投下的鱼雷却不偏不倚击中了龙凤号舰舯部，并轻而易举地进行穿透，只有1万多吨的龙凤号经不起这种摧残，大量进水倾斜，整条船像条死鱼一样飘荡在上面。
“长官，龙凤号保不住了。”
“弃船吧。”冢原看着零零落落退走的10余架美军飞机，苦笑道，“不知道渊田战果如何，把这里的情况告诉他，让他去游击舰队补充，把这里能飞的攻击机全调到角田那里去。”
角田觉治已收到了情况报告，他一方面为机动舰队的损失感到吃惊，另一方面又震惊于埃塞克斯号的坚固，发狠似地对身边人表示：“再打一次，一定要把埃塞克斯号送下海！”
16时48分，村田重治抵达战场上空，他的使命是一定要找到并摧毁美军2艘受重创的航母。但或许是连续执行任务的飞行员太多疲惫，第一时间没找到尼米茨和哈尔西所在的大部队，阴差阳错下展开搜索，找到了另一方向上分开航行的新墨西哥号和萨拉托加号——他们身边只有不到6艘驱逐舰。
17时03分，太平洋舰队老兵，自珍珠港战役后就坚持在一线的萨拉托加号终于被3条鱼雷击沉在波涛汹涌的中太平洋里，与其相伴的还有新墨西哥号，这艘舰龄将近30年的一战老兵终于步了同级舰密西西比号、爱达荷号的后尘，其沉没也宣告了该级战列舰的完全覆灭。
17时59分，已成强弩之末的日军凑出最后45架攻击机准备去执行第五波进攻任务，想要最后解决埃塞克斯号，但冢原考虑再三，顾虑到返回时天色已太暗，飞行员又过于疲惫，很可能损失太大，不顾众人劝说，放弃该轮进攻，但同意明日再打一次。
就在太平洋舰队遭受重创时，塔拉瓦的美军也到了最终时刻，在得知太平洋舰队撤退，他们再也无法得到任何支援时，已损失将近一半兵力的美军陆战团士气最终崩溃，于傍晚时分选择了投降。
第二天清晨时分，草鹿任一哭丧着脸向堀悌吉报告整体战况。
“长官，情况非常不好……”
“说吧，我有心理准备。”
“翔鹤号重创，预计需要维修5-6个月；瑞鹤号微创；龙凤号、博尔扎诺号沉没；贝亚恩号中创，需进坞大修，损失飞机近180架，飞行员（组）未归队者84人，几无生还可能……榛名号……”
他刚说了一半，机要参谋悄悄递给他一纸电文，草鹿任一看后脸色刷白，手都颤抖起来，半天后才道：“雪风号和时雨号发来电报，遭遇美军潜艇，昨日率先脱离战场去特鲁克的榛名号于今日拂晓连中3雷，最终无力挽救，沉没了……”
“榛名号无所谓，飞行员损失太令人心痛，战损率超过了3成，本来还说带他们都回去休整的……”堀悌吉叹了口气，“打仗总有牺牲，算了……说下战果吧。”
“击沉美军正规航母萨拉托加号，独立级轻空母1艘，护航航母6艘，新墨西哥级战列舰1艘，布鲁克林级轻巡洋舰2艘，肯特级重巡洋舰1艘，不知名巡洋舰1艘，驱逐舰8-9艘，重创埃塞克斯号，可能还有其他一些战果，不过具体不详，击落敌机近400架……”
美军损失除面上统计的这些外，最痛彻心扉的是舰载机飞行员的损：刨除a舰队，b舰队一共200多人（组）飞行员损失率将近75，其中有30多员（组）已在塔拉瓦岛上成功迫降或跳伞，但因为该岛最终被日军占领，这些人也连带着成为俘虏。如果加上a舰队飞行员的损失，整支太平洋舰队投入战役的航空兵损失率高达86——近乎全部打光。
除飞行员外，太平洋舰队水兵的损失也不少，各舰加起来的人员损失高达3000多人，这还没计算塔拉瓦、图瓦卢上的陆军和陆航损失。吉尔伯特战役的胜利无论是战略还是战术上，胜利者都是联合舰队——虽然他们损失也不小。
堀悌吉听完眼睛就亮起来了：“很好，这意味着太平洋舰队主力目前只剩下2艘南达科他级了，尼米茨接下去6-8个月只能躲在珍珠港，其他什么事也干不了。”
“可我们也动不了，大凤要到12月才能服役，瑞鹤至少也要休息1个月。”
“角田带着2艘轻空母就足够横行了。”堀悌吉哈哈大笑起来，“我们不用去打夏威夷，弄支分舰队就能截断美军的航运，没了物资补充，澳新的美军还能蹦跶么？再退一步说，就算澳新勉强能维持，美军还有能力干涉印度局势么？”
草鹿任一想通了，转忧为喜。
“大家开心一点，我们是胜利者！战役打完了，接下去就是回家。等回到本土，我请大家喝酒！一起喝个痛快，墨索里尼首相送了我好几瓶名贵红酒呢。”堀悌吉意气风发地挥挥手，宽慰众人，“至少翔鹤还在不是？我早就准备送它进船厂修理并加装弹射器；博尔扎诺本就是白来的，丢了也就丢了；龙凤号有些可惜，不过还有贝亚恩号冲抵，完全可以。这完全是货真价实的胜利，回去可不用把你们关在海军医院里粉饰太平。”
这句调侃话一出，众人全都哈哈大笑起来。
“我帮山本大臣干了他当初想干而没干成的事——全灭太平洋舰队航母！”堀悌吉满脸豪气，“这还有什么不满足的？总不能不战而屈人之兵吧？美国人要这么弱，还称得上两洋霸主么？”
司令塔里所有人毕恭毕敬地敬礼：“我等谨为长官贺！”
“诸位，登岛吧，我们去看看陆战队坚守到底的地方……”
虽然陆战队接受美军投降后第一时间就询问了美方有关本军俘虏和柴崎的下落，但美方无论官兵都表示不知道，推断有可能直接丧生于炮火——尸骨无存，日军倾向于接受这种解释。
听完美军俘虏讲述的有关塔拉瓦血战的完整经过，并实地查看了双方血战的堡垒工事群，听者无不动容长长叹了口气，堀悌吉说道：“可惜了！是我的错！我来晚了！收拢阵亡者骸骨，把他们带回国，让他们的英灵终得安宁！”
“奏乐！”
军乐队将激昂的《军舰进行曲》演奏了起来，从第二阙开始，由堀悌吉带头，登陆的1000多名官兵放声演唱：
……
尸随浪花浮海面；
踏过高山；
身自凋零没野草；
吾为君亡；
死而无憾！
太平洋上煤炭燃烧浓烟翻滚；
随风飘，与巨龙一起飞翔！
舷侧重炮齐声巨响，威震太平洋；
如雷灌耳突如电闪，势如破万竹；
跨万里之波涛；
……
“长官，是军歌，海军军歌，是《军舰进行曲》！”地洞里的残兵又哭又跳，几欲发狂，“联合舰队打赢了！打赢了！来救我们了！”
“不会是敌人伪装诱骗我们出去把？”
“不会，米英鬼畜哪里会唱《军舰进行曲》，这一定是我们自己人，自己人。”
柴崎无力地挥了挥手：“出去吧！再不去去，我们都得完蛋。”
“该死，地洞被大石头封住了，挖不开！”有人大哭，“难道我们就这样死在这里？”
在联合舰队大规模炮击塔拉瓦时，塔拉瓦日军残兵所在的地洞很幸运没有直接挨上一发，否则直接就全部挂了，但其他地方的石头和残骸不可避免地盖住了这里。