避的时候，其结果必然使这两舰之间的距离迅速拉大、警戒舰只也随之一分为二，从而削弱了对空防御，给日机以可乘之隙。
小鬼子战机对约克城号左舷投射8条鱼雷，均被该舰避开。在随后轰炸机编队开始对约克城号俯冲投弹中，有一颗800磅的炸弹，终于击中了该舰舰桥附近的飞行甲板。随后，日寇鱼雷机队开始攻击列克星敦号，并成功地运用了夹击战术，从该舰舰首的两舷、15－70米高度、1000－1500米距离，准确地投射出双联、甚至四联鱼雷。列克敦号由于吨位较大，回圈半径较大，转弯不灵活，日机投射的13条鱼雷中有2条击中该舰左舷，使其锅炉舱有三处进水。
这场遭遇战只持续十三分钟，小鬼子飞走的时候，兴高采烈地向其舰队旗舰报告说，他们替前一天祥凤号的失败报了仇，毫不含糊地击沉了一艘“大型航空母艘”和一艘“中型航空母舰”。
列克星敦号尽管由于被鱼雷和炸弹击中，产生7度横倾，但该舰调整燃油之后，恢复了平衡，继续接纳返航的飞机着舰。同时为战斗机加油加强制空。但由于燃油泄漏，列克星敦号舰内突然发生爆炸，并引起大火，火势迅速蔓延，以至无法控制。下午15时左右，舰长下令全体舰员离舰。
数分钟后，费尔普斯号驱逐舰奉命对其发射5条鱼雷。
列克星敦号在自己的鱼雷轰鸣声中，光荣沉没。此前已经降落到该舰的36架可怜的战机，也随之沉入大海。