La presión japonesa era implacable. A continuación, aparecieron los bombarderos en picado del Shokaku, que lanzaron su ataque a las 10:15. Parecía como si toda la producción mensual de la fábrica Aichi hubiera aparecido de golpe sobre la TF-61, mientras los pilotos del Enterprise combatían contra los D3A procedentes de ambos portaaviones japoneses. Al observar la abundancia de objetivos, algunos pilotos desactivaron dos, o incluso cuatro, de sus seis ametralladoras para ahorrar munición. Surgieron otros problemas: los depósitos auxiliares de combustible no se desprendían, lo que mermaba aún más el rendimiento de los F4F-4 al limitar gravemente su maniobrabilidad.
La sección «Red Seven» del escuadrón VF-10 estaba al mando del teniente S. W. Vejtasa, más conocido como «Swede». Antiguo piloto de SBD en el Yorktown, se había unido a los «Grim Reapers» por invitación de Flatley y entró en acción de inmediato. Mientras patrullaba en torno a la fuerza de tareas, localizó una formación de «Val» que se dirigía hacia el Hornet. Rápidamente derribó dos de ellos, mientras uno de sus compañeros de ala se encargaba de un tercer bombardero en picado.
Para entonces, habían llegado los «Kate» del Zuikaku, y Vejtasa se enfrentó también a ellos. Tras separar a su segunda sección, guio a su compañero de ala para interceptar a 11 de estos veloces aviones torpederos mientras descendían hacia el Enterprise. Perseguir a los Nakajima —pintados de verde— entrando y saliendo de las nubes ya era una tarea lo suficientemente difícil, a lo que se sumaba el peligro adicional de tener que esquivar el fuego antiaéreo «amigo»; pero Vejtasa no cejó en su empeño. En los minutos siguientes, se acercó a cinco aviones B5N y los derribó, dejándolos arder sobre las agitadas olas grises. Luego, al quedarse sin munición, solo pudo observar con frustración cómo el «Big E» era alcanzado por dos bombas. Durante la mañana, la fuerza operativa logró eludir a los «Val» del Junyo durante 20 minutos; la presencia de nubes bajas impidió que los atacantes concentraran sus ofensivas, por lo que la mayoría de las bombas cayeron en las inmediaciones del Enterprise, el acorazado South Dakota y el crucero ligero San Juan. Entre los combates, los daños sufridos y el agotamiento del combustible, 11 de los 17 bombarderos no lograron regresar al Junyo.
Sin embargo, el prolongado ataque jugó en contra de la escolta de caza que regresaba al Hornet. Tras un largo vuelo de ida y vuelta, durante el cual perdieron tres de sus ocho F4F, los pilotos del VF-72 tuvieron que abrirse paso a tiros para regresar, solo para descubrir que su buque ya no estaba en condiciones de recuperarlos. La sección liderada por el teniente John S. Sutherland se vio intensamente involucrada en el combate y logró cinco derribos, dos de ellos a manos del propio Sutherland. Independientemente de los resultados reales de los ataques de los Wildcat, la tercera sección del VF-72 contribuyó sin duda a desbaratar las incursiones de bombardeo lanzadas desde el Junyo contra la TF-61.
El último de los ataques japoneses corrió a cargo de seis aviones «Kate» procedentes del Junyo. Su aparición obligó al crucero Northampton a soltar el cable de remolque del Hornet, mientras los destructores de escolta se apartaban rápidamente. El líder japonés logró impactar un torpedo en el costado de estribor del portaaviones, pero murió poco después bajo una lluvia de fuego antiaéreo, junto con otra de sus tripulaciones. No obstante, el daño ya estaba hecho. Con una escora de 14 grados, el Hornet fue abandonado, para ser finalmente rematado esa misma noche por destructores japoneses que patrullaban la zona.
Para cuando los pilotos de caza supervivientes llegaron a bordo del Enterprise, resultaba evidente que los japoneses habían ganado la batalla. Aquella noche, los aviadores, llenos de inquietud, especulaban sobre el destino de sus compañeros de escuadrón desaparecidos. En el transcurso de los combates y las operaciones, los escuadrones VF-10 y VF-72 sufrieron una pérdida alarmante: 23 Wildcat y 14 pilotos, dos de los cuales cayeron prisioneros. Otros 10 F4F se hundieron junto con el Hornet, lo que elevó el total de pérdidas estadounidenses a 80 aeronaves.
En conjunto, la TF-61 reivindicó 115 derribos: 67 atribuidos a los dos grupos aéreos (56 de ellos por parte de los F4F) y 48 a los artilleros de los buques. En realidad, solo fueron derribados 67 aviones japoneses; según el análisis de John B. Lundstrom, las pérdidas enemigas en las proximidades de la fuerza operativa estadounidense se repartieron casi a partes iguales entre la acción de los cazas y el fuego antiaéreo. Sin embargo, otros 28 aviones japoneses realizaron amerizajes de emergencia o se estrellaron debido a daños sufridos en combate, y cuatro más se perdieron a bordo de los portaaviones Shokaku y Zuikaku, lo que eleva el total a 99.
En una comparación general entre cazas, el F4F superó al Zero por 15 a 13, aunque la cifra se acercaba a la paridad si se tienen en cuenta las pérdidas sufridas tras los combates. Es imposible determinar con precisión el alcance de los daños de combate que provocaron la pérdida de aeronaves, pero esta estimación demuestra que, cuando eran pilotados adecuadamente, los Wildcat podían hacer frente a sus adversarios.
Aunque, desde un punto de vista táctico, la batalla de las islas Santa Cruz fue una victoria japonesa, a largo plazo resultó inútil. La precaria posición estadounidense en Guadalcanal permaneció inalterada, y el Hornet fue el último portaaviones de EEUU hundido por un ataque aéreo en los dos años siguientes. Además, la Armada Imperial perdió a 145 tripulantes aéreos cualificados, incluidos 23 líderes experimentados. Nunca fueron reemplazados por personal de un nivel equivalente.
Un Grumman F4F Wildcat tras despegar del USS Hornet (CV-8), entre principios y mediados de 1942.
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