看見美軍艦載機那一刻，山本五十六立即命令全軍撤退。泡*書*吧(）這個時候日軍航母艦隊已經離開這裡有200多海里的距離，處於比較安全的位置。受傷後航速無法提高的武藏號戰列艦、金剛號戰列艦和兩艘巡洋艦則留下阻敵。所有日本海軍都明白留下的意思，武藏號戰列艦艦長豬口敏平少將苦勸山本五十六大將搭乘驅逐艦離開，但是山本五十六輕描淡寫地說到：“既然這一次錯誤是我造成的，那就讓我來承擔這個責任吧。像我這樣的老式海軍將官，還是抱着老式的思想作戰，而使得大日本帝國的實力受損，就應該去死了，讓新一代的軍官來指揮大日本帝國海軍。”
山本五十六的一席話讓所有在場的司令部人員陷入了沉思，不得不說他的話非常有道理，不破不滅，那麼就痛痛快快地交戰吧。四艘日軍軍艦不但沒有後退，反而衝着美軍而去。美軍艦載機很快俯衝了下來，開始對準日軍進行投彈，體型龐大的武藏號當然是所有人的焦點。
武藏號戰列艦是大和級戰列艦的第二艘艦艇，不但擁有厚實的裝甲，而且還有完善的水密艙。所以儘管一時間被命中了數十枚航空炸彈，使得武藏號上的建築幾乎全部被摧毀，但是武藏號依然還漂浮在海面之上。
“轟轟轟”地數聲巨響，艦橋中的山本五十六被巨大的震動掀翻在地上，原來是武藏號戰列艦被艦載機投下的魚雷命中。武藏號的速度逐漸降低了下來，另外兩艘日軍巡洋艦早就在轟炸之下被擊毀，沉入了冰冷的太平洋之中。金剛號戰列艦上的高射炮雖然還在對空射擊，但是它的艦身已經開始傾斜，角度達到了30度，這使得其一邊的螺旋槳開始露出水面。隨後金剛號戰列艦再次被數發魚雷命中，這一次魚雷幾乎從裝甲薄弱的船底射入，將其內部建築破壞得一塌糊塗。接着突然一聲巨響從金剛號內部傳來，一股橘黃色的火光從各個窗口噴出，金剛號內部彈藥庫爆炸了，爆炸的巨大威力使得這艘戰列艦的艦首幾乎完全破碎，大量的海水涌入使得它開始一點點地下沉。
金剛號戰列艦的艦長向武藏號發來訣別的電報，他並沒有宣佈棄艦，直到這個時候軍艦的炮位上還在對空射擊，空中盤旋的美軍飛機並沒有再繼續進攻這艘註定將沉沒的軍艦，也許他們在等着日本人打出白旗吧。
山本五十六整理了整理自己雪白的軍裝，擦拭了自己的勳章。透過他的黑框圓眼鏡，海水已經淹沒了金剛號戰列艦的甲板，而艦橋的旗杆上，那面日本海軍的軍旗還在烈烈飄揚。
山本五十六拄着自己心愛的軍刀，用低沉的嗓音輕輕地哼起海軍的軍歌。鳥山啓作詞，瀨戶口藤吉作曲的《軍艦進行曲》隨着衆人的應和之聲變得越來越大，響徹了整艘軍艦。
由於擔心遭到伏擊，美軍軍艦和艦載機均未對逃跑的日軍軍艦進行追擊。他們轉而圍住這艘燃起大火，但仍然漂浮在海面之上的武藏號戰列艦。武藏號戰列艦上還升着旗艦旗，這說明日軍艦隊的最高指揮官還在這艘軍艦之上。美軍已經停止了炮擊，艦載機也開始了返航，從早上4點持續到8點的戰鬥讓所有人都疲憊不堪。但是美軍還是派出了大量的小艇打撈落水的士兵，無論是美國海軍士兵還是日本海軍士兵，他們都一視同仁。打撈上來的日本人則並不領情，他們神情冷漠地按照軍銜坐在甲板之上，等待美軍的處置。
美軍向武藏號發來明碼電文，要求立即投降，同時也派出一艘驅逐艦圍繞武藏號轉圈，上面的通信官反覆用旗語要求日軍投降。艦橋司令部之中的山本五十六和武藏號艦長豬口敏平少將看到了美國人的提示，山本五十六微微地笑了笑。投降這個字眼早就從他人身的字典中刪除了，他用冰冷地聲音對着艦長說到：“命令棄艦吧，豬口君，士兵們已經很累了。”
武藏號艦長豬口敏平少將點了點頭，棄艦的命令被下達了下去。一部分倖存的武藏號上的海軍士兵跳進了水中，然後向美軍小艇游去，更多的人還牢牢地守在自己的崗位之上，但是所有的火力都停了下來。
“打開海底閥吧。”山本五十六下達了他在聯合艦隊中最後的一條命令，然後他謝絕了豬口敏平少將的陪同，將自己反鎖在司令部之中，跟着他最親睞的戰列艦自沉在塞班島和關島中間以東的太平洋之中。馬里亞納大海戰落下了帷幕。
米切爾中將所在的列剋星敦號航空母艦在中午時分趕到了交戰的地方，他看着海面上正在緊急搶修的軍艦和大量的油污，不由得對日本海軍的水平深深地欽佩。從對落水日軍士兵的審問中，米切爾中將已經得知了日軍的指揮官分別是山本五十六和南雲忠一。而之前那神乎其技的四波穿梭轟炸來自於南雲忠一，今天早晨的這次戰列艦交戰則由山本五十六親自指揮。米切爾中將覺得經過此役以後，他學到了非常多的東西。
除了五艘大型航空母艦沉沒、三艘護航航母沉沒之外，今天的交戰中美軍再次損失了一艘戰列艦和一艘重型巡洋艦，驅逐艦也被擊沉了三艘。米切爾中將向第五艦隊司令斯普魯恩斯中將彙報了這個情況後，斯普魯恩斯立即向在夏威夷的尼米茲將軍請示，要求結束這一次馬里亞納戰役。因爲現在的第五艦隊已經不能爲登陸的聯合遠征軍提供像樣的空中支援，在這種情況下要進攻三座日軍經營了近四年的島嶼將會使得大量的美軍士兵犧牲。
隨後的戰局發展也證明了這一點，特納將軍指揮的聯合遠征軍在已經登陸的塞班島之上遭到了日軍的瘋狂抵抗。到了夜間，日本人就會將它們藏在地下的那些老式飛機拖出來，利用一切可以利用的地形起飛，然後仗着對地勢的熟悉，對堆滿了物資的登陸場，甚至美軍補給船隊進行空襲。日軍的潛艇也頻繁地出現在這一海域，對美軍運輸船進行騷擾性襲擊。半個月時間過去了，特納的聯合遠征軍也沒有取得什麼像樣的進展，而美軍第58特混艦隊卻需要補給了，所以很快尼米茲就宣佈取消了這一次作戰。美軍返回了馬紹爾羣島或者夏威夷的軍港，馬里亞納羣島再次歸於平靜。
日軍對馬里亞納海戰的結果非常之滿意，大肆地對擊沉了8艘美軍航母的戰績進行宣傳。將此次的穿梭攻擊戰術更是視爲神來之筆而大書特書，日軍在西伯利亞的高歌猛進和在太平洋戰場上重新崛起使得其民衆再次被鼓舞了起來。而山本五十六的死也被日本海軍宣傳爲掩護主力艦隊的撤退而做出的犧牲。山本五十六在民衆之中的地位是相當高的，原本他的死是會對士氣產生嚴重打擊的，但是經過這樣的一番宣傳，民衆反而同仇敵愾了起來。大規模的捐錢捐物行動再次被組織起來，各個造船廠和飛機制造廠的工人加班加點，將來自西伯利亞和東南亞的資源一點一點地變成日軍的戰爭機器。
10月20日，就在山本五十六死後一天。日本追授山本大勳位、功一級、正三位和元帥稱號，山本五十六成爲了當前唯一的海軍元帥。第二日，由天皇親自主持，在東京日比谷公園舉行了國葬，在葬禮之上天皇授予了已經身故的山本五十六男爵稱號。
日軍雖然在這一次馬里亞納戰役中沒有損失任何的航空母艦，只是損失了兩艘驅逐艦、四艘重型巡洋艦和十多艘驅逐艦。但是在實施四波穿梭攻擊的時候卻損失了300多架作戰飛機，這些作戰飛機的駕駛員都是有豐富的對海作戰經驗的老飛行員，與那些剛剛訓練了幾個月的菜鳥不可同日而語。從長遠來看，這些飛行員的損失使得日軍在其後的航母交戰中作戰效率大大下降，雖然擁有的飛機越來越先進，但是卻再也沒有取得超過馬里亞納海戰中那輝煌的戰果的成績了。
馬里亞納海戰中美軍雖然損失了8艘航空母艦，但是由於交戰都發生在美軍軍艦上空，大部分被擊落的飛行員最後都被營救到了船上，那些落水的水兵也大多獲救，這些有經驗的作戰人員大大地增強了美軍的戰力。美國的經濟已經完全轉入了戰時的軌道，這些軍艦的損失可以在幾個月的時間之內就彌補起來。
下一次美軍再來攻打馬里亞納羣島的時候，會有更多的航空母艦，更多和更先進的艦載機，以及一大批富有經驗的飛行員，這些都是日本人難以獲得的。所以雖然日本人表面上取得了這一次馬里亞納海戰的勝利，但是僅僅是拖延了時間而已。
而與此同時，它遠在德國的盟友，也在積極地應對一次挑戰。
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