但是由于天气原因，追击很不理想，直到下午2点半钟仍然没有什么结果，薛庆功果断下令机群返航，因为他知道段昌荣率领的52特混舰队已经赶到了种子岛以东洋面，开始了截击联合舰队剩余部队的作战行动。
8月16日下午，种子岛东海域。
“嘿！日本的战斗力还行啊，居然一口气击沉我们两艘航母，”在旗舰祁连山号航空母舰的作战指挥室里段昌荣接到了薛庆功发来的电报，“大意失荆州啊！本来想着在九州西面海域伏击他们，结果让人家一下子咬了两口。”
“司令员，您也别太沮丧，我们好歹也击沉敌航母六艘。”52特混编队参谋长秋林经少将说道。
“老秋啊，这还说什么啊？那可是山脉级航母啊，我们总共才装备了六艘，这就玩儿完两艘。”段昌荣还是一脸悲伤，“我们的真正对手可是美国人，主力不能就这样损失掉。”
“报告！侦查潜艇发来敌联合舰队方位。”参谋军官跑步进来。
“这么快！”秋林经感到很惊讶。
“呵呵！海航4师兰庆贺都把大体方位告诉我们了，这有什么好奇怪的！”段昌荣果断命令道，“海航5师、6师作为第一波立即起飞；海航7师以及海航8师鱼雷轰炸机团作为第二波一个小时候起飞；海航8师歼击机团、歼击轰炸机团作为舰队防空战斗机分两批交替巡逻，保卫舰队安全。”
“是，我马上安排！”秋林经一下子来了精神，“海航第2军副军长兼5师师长修伟大校作为第5师、6师的统一指挥吧。”在得到薛庆功肯定的眼神后，秋林经立即下达命令去了。
在这场被后来历史学家称为“南日本海大海战”的战斗中，海航5师、7师攻击日军联合舰队旗舰大和号超级战列舰可以使整个战役的最*部分了。
山本五十六是一个非常虔诚的大炮巨舰主义者，即使在联合舰队已经装备了十多艘航空母舰后，他自己乘坐的旗舰仍然是自己心目中最完美的大和号。
下午16时，就在日本联合舰队刚刚与51特混舰队脱离接触一个小时，海航5师的第一波40架鱼轰—3群就飞到了日本航母编队的上空。日军航母上的舰载机立即升空进行拦截，虽然日军升空了30架战斗机，而帝国海军航空兵有36护航海歼—4歼击机，占有数量优势的帝国海军航空兵战斗机却很快便获得了战场上的优势。经过不到十分钟的空战，在击落了24架日军战斗机后，余下的6架战斗机不得不逃向附近的种子岛机场。
但帝国海军航空兵舰载机的攻击也并不理想，40架歼轰—2的俯冲轰炸，虽然使大和号被击中了3枚250公斤级炸弹，但却并没有造成严重伤害，而帝国海军航空兵已经有12架帝国海军航空兵鱼轰—3被日军战斗机击落。
因为帝国海军航空兵的舰载歼击机数量占优势，所以日军战斗机并不刻意与海歼—4纠缠，而是将主要目标放在正在进行俯冲准备的鱼轰—3上。帝国海军航空兵5师第一次的
攻击显得有些潦草，很快就飞了回去。
海航5师的第二次48架鱼轰—3群也遇到了日军前出舰载战斗机地拦截。虽然帝国海军航空兵鱼轰—3群都携带了鱼雷，但由于本身的速度较高，加上后座飞行员上的活动机枪的威胁，日军战斗机的战果并不怎么样，只是冲散了帝国海军航空兵机群的编队。
第二次进攻也受到很大威胁，看到18架俯冲鱼轰—3被日军战斗机击落后，第三次进攻的24架鱼轰—3机群到了，这使得鱼雷机总数达到了54架，并有24架舰载歼击机护航。
这波机群于到达日军航母舰队的上空，在舰队上空警戒的20架日军战斗机立即迎向了帝国海军航空兵机群。飞在最前面占有数量优势的帝国海军航空兵护航战斗机并没有给日军战斗机任何机会，直接将其全部击落，没有一架日军战斗机能够抵近鱼轰—3群。
究在这个关键时刻，海航6师分成两批的帝国海军航空兵歼轰—2也开始向大和号发起了攻击。虽然在进入俯冲和投弹前，就被日军舰队上的高炮击落了8架飞机，但其余的歼轰—2仍然成功地投下了炸弹。
在这样猛烈的进攻之下，大和号地左舷被三枚250公斤级炸弹击中，摧毁了三座高炮炮位。不到一分钟，又一枚250公斤级炸弹击中了甲板前部。
令人最为兴奋的是，一枚250公斤级航空炸弹击中了舰岛上的指挥部附近建筑物，山本五十六没有受伤，立即紧急转移到武藏号上。
随着四架歼轰—2从后面袭来，有一枚250公斤级炸弹落在了甲板的后部，甲板上引起了大火，又一枚250公斤级炸弹落在了舰体右舷吃水线附近，一下子就炸开了一个大洞，海水立即涌了进去。过了两分钟一枚250公斤级炸弹落在了舰艇后部，这枚近失弹还摧毁了一个的推进器，航速也立即降了下来。
随着海航6师的进攻接近尾声，2枚250公斤级炸弹分别落在甲板的中部和前部，引起的大火无法扑灭。大火开始逐渐向舰体下部的舱室曼延。这使舰体的倾斜已经不可避免，很快，最后一击开始了。
在帝国海军航空兵鱼轰—3群离大和号还有约2公里远时，大和号上的主炮开始了对空射击。帝国海军航空兵机群毫发未伤。
17时，攻击大和号的第四次机群到达日军联合舰队上空，24架歼轰—2轰炸机立即对护航的2艘重巡洋舰进行攻击。36架海歼—4歼击机也立即对大和号上的高炮进行扫射压制，48架鱼轰—3鱼雷机则扑向大和号。
日军2艘重巡洋舰不顾一切地向帝国海军航空兵的攻击机群发射防空炮弹，但是效果甚微。这两艘重巡洋舰也很倒霉，黑羽号重巡洋舰地舰体中部被一枚250公斤炸弹击中，炸毁了3座高炮。接着又一枚炸弹直接命中甲板中部，并且贯穿甲板到了弹药库，舰体燃起大火。不到2分钟，2枚炸弹分别击中了舰艏和舰桥，将舰艏炸飞，并使舰桥上的所有人员全部毙命。
而京都号重巡洋舰则被一枚炸弹击穿了烟囱，整个锅炉房被摧毁，巨大的殉爆将整个舰体中部炸裂，海水涌入后，不到10分钟，便淹没到了烟囱底部。
好不容易冲到发射阵位的48架帝国海军航空兵的鱼轰—3，纷纷投下了鱼雷，但经过大和号的规避，只有6枚鱼雷击中目标。
就在这时，第五批鱼轰—3群到达舰队上空，此波机群中，海歼—4有12架、歼轰—2有32架、鱼轰—3仍然是48架。天色已经开始变得有些灰暗了，所以帝国海军航空兵机群抓紧时间立即进
行了攻击。帝国海军航空兵鱼雷机群立即分散扑向了大和号。
但此时，由于燃料即将耗尽，正在对大和号地高炮炮位进行扫射的帝国海军航空兵战斗机突然撤走，开始向西北急速飞去。而鱼雷机也不管大和号是否能够有效规避鱼雷，在较远的地方就匆匆地投下了鱼雷，然后掉头返航。
虽然对大和号战列舰的攻击不太顺利，但是其他舰载机部队的攻击取得了辉煌的战果。凤翔号、海鹰号两艘航母被彻底击沉；榛名号、伊势号两艘战列舰被打成了重伤，之后受到了早已隐蔽靠近到舰队周围的帝国海军潜艇部队的照顾；雾岛号、陆奥号两艘战列舰被击沉，海航5师、6师对联合舰队的攻击就这样结束了。
18时，帝国海军航空兵第7师、8师的联合鱼雷机群两个团很快地就冲进了防御圈，并对大和号发起了开战以来最大的一次航空鱼雷攻击。48枚鱼雷从各个方向快速地扑向大和号，虽然大和号进行了各种规避机动，但仍有16枚鱼雷击中目标。
参与攻击的还有36架歼轰—2，这一波次的攻击，所有的歼轰—2都携带了500公斤级的穿甲炸弹。对大和号这样庞大的目标，攻击是非常成功的，有12枚穿甲炸弹命中该舰。
18时30分，这艘被日本海军看作是联合舰队象征的战列舰终于缓缓下沉了。
20点，山本五十六在已经被重伤并撤出战斗的的武藏号战列舰上收到了整个舰队主力被全歼的消息，南云忠一中将在海鹰号沉没时也随舰玉碎，传达这个消息的就是联合舰队的另一员大将草鹿龙介之。
但是对于山本五十六来说，厄运并没有就此结束。武藏号在第二天凌晨途径丰后水道时遭到了帝国海军一个中队四艘潜艇的攻击，这艘大和号的姊妹舰带着他们的司令长官沉入了海底。
在武藏号战列舰沉没之际，山本五十六叫来源田实向东京发出了最后一封电报：“天皇陛下，吾等率领帝国海军之联合舰队力求挽救帝国海洋之危局，吾等虽力战不退，怎奈敌舰队实力太过强大，最终遭致舰队之全体玉碎，吾只能以死尽忠于帝国，愿帝国武运长久，天皇陛下万岁！”
至此，南日本海大海战全部结束。唐帝国海军从冲绳岛被偷袭到冲绳以东洋面攻击联合舰队再到种子岛以东洋面全歼联合舰队，可以说是从最初的被动而后渐入佳境。
此役，日本联合舰队主力全部损失殆尽，包括8艘航母、6艘战列舰在内的主力舰艇被悉数摧毁；384架舰载机基本上被全歼，最后一批有经验的优秀飞行员也全部牺牲；联合舰队其他水面作战舰艇也是损失惨重。至此，除逃窜之敌以及在本土各港口包括巡洋舰、驱逐舰、潜艇在内近五十艘舰艇外，日本海军主力遭到了全歼。
与此同时，唐帝国海军也付出了惨重的代价。空军在冲绳岛遭受偷袭时损失飞机将近300架；海军在整个战役中损失航空母舰2艘，另有四艘航母遭到损伤；巡洋舰被击沉4艘，包括战列巡洋舰在内共有10艘巡洋舰损伤；驱逐舰被击沉8艘，损伤6艘；海军航空兵参战部队共有8个航空兵师960架作战飞机，损失达到了近300架，所幸的是有一大半飞行员跳伞成功，之后被救回。这8个海军航空师经受住了战火的考验，锻炼了飞行员，这为以后的海上航空作战奠定了基础。
通过这次规模巨大的海战，帝国海军终于牢牢地掌握了整个西太平洋地区的制海权，这位下一步登陆日本本土作战打下了坚实的基础。
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（本章完）