Đợt không kích thứ ba của quân đội chính quy chưa kịp đến thì không lâu sau, nhóm thứ hai máy bay công kích hạm loại mười ba của quân Nhật đã xuất kích từ hàng không mẫu hạm.
Quân Nhật đã sớm liệu trước sẽ gặp phải kiếp nạn này, nên sự kháng cự lần này kịch liệt hơn hẳn hai lần trước.
Đợt chiến cơ đột kích này của quân đội chính quy đều xuất phát từ hàng không mẫu hạm "Vũ Di Sơn", bao gồm 8 chiếc máy bay chiến đấu NA-1929 và 24 chiếc máy bay ném bom bổ nhào NB-1928.
Sự xuất hiện của những chiến cơ này khiến Yamamoto Isoroku và đám người hoàn toàn hiểu rõ, hàng không mẫu hạm giao chiến với họ không chỉ một chiếc. Đáng tiếc, quân Nhật lại không còn át chủ bài để phản kích, chỉ có thể bị động phòng ngự.
32 chiến cơ của quân đội chính quy xuất phát khi đợt hai ngư lôi cơ bắt đầu quay về căn cứ, nhưng do hạm đội Nhật Bản tránh né về phía nam nên đã mất mục tiêu. Mãi đến khi tìm lại được hạm đội Nhật, đám phi công nhịn nửa ngày trời liền hưng phấn nhào tới.
Lúc này, hạm đội Yamamoto đang di chuyển tốc độ cao về phía nam. Hai hàng không mẫu hạm Nhật Bản đã tung toàn bộ máy bay công kích hạm loại mười ba có thể sử dụng, số máy bay chiến đấu còn lại chưa đến 30 chiếc.
Số máy bay chiến đấu này được chia làm hai ca, thay phiên nhau bảo vệ trên không cho hạm đội. Khi đợt chiến cơ thứ ba của quân đội chính quy đến, họ vừa mới hoàn thành ca trực.
So với máy bay chiến đấu hạm loại ba, NA-1929 của Hoa Hạ vượt trội hơn về tốc độ, tính linh hoạt và độ bền. Vì vậy, họ nhanh chóng xé toạc hàng phòng ngự của máy bay Nhật, giúp máy bay ném bom bổ nhào lao đến không phận hạm đội Nhật.
Sau khi chiếm lĩnh vị trí, NB-1928 của quân đội chính quy lập tức lao xuống, bất chấp pháo phòng không dữ dội, hướng thẳng hai hàng không mẫu hạm Nhật Bản.
Lần này, những "chim non" điều khiển máy bay ném bom bổ nhào cuối cùng cũng đánh trúng hồng tâm. Hai quả bom 500 tấn trúng đích boong tàu thượng tầng của "Thêm Chúc" hào, xuyên thủng nó, đồng thời gây ra một đám cháy khó dập tắt.
Đợt không kích thứ ba của quân đội chính quy không chỉ gây thương nặng cho "Thêm Chúc" hào, mà còn làm suy yếu thêm số lượng máy bay chiến đấu của quân Nhật.
Trừ số bị tổn thất trong không chiến và số không thể cất cánh, hạ cánh trên "Thêm Chúc" hào, quân Nhật chỉ còn lại 15 máy bay chiến đấu hạm loại ba có thể sử dụng. Không lâu sau, họ lại phải nghênh đón đợt không kích thứ tư của quân đội chính quy.
Đợt chiến cơ này đến từ "Côn Luân Sơn" hào, được phái đi trước khi hạm này bị đợt tấn công đầu tiên của máy bay Nhật. họ bao gồm 18 máy bay tấn công bằng ngư lôi và 8 máy bay chiến đấu.
Bọn họ liều mình trước sự chống cự điên cuồng, gần như tuyệt vọng của quân Nhật, phát động công kích dữ dội vào hạm đội Nhật.
Trong đợt tiến công này của quân đội chính quy, "Thêm Chúc" hào đang bốc cháy lại trúng thêm hai ngư lôi, số phận cuối cùng đã định. Số máy bay chiến đấu của quân Nhật thì chỉ còn lại lèo tèo sau các trận không chiến.
Yamamoto giảo hoạt, sau khi quân đội chính quy trải qua một đợt công kích, liền hạ lệnh cho "Trăn Tên" hào kéo giãn khoảng cách với "Thêm Chúc" hào, nhờ đó giúp "Trăn Tên" hào thoát khỏi các đợt không kích sau đó.
Đối với "Thêm Chúc" hào, mọi chuyện vẫn chưa kết thúc. Đợt chiến cơ thứ năm của quân đội chính quy lại tìm đến.
Đây cũng là đợt công kích cuối cùng mà hạm đội hàng không mẫu hạm Hoa Hạ phái đi, xuất phát từ "Côn Luân Sơn" hào giữa hai đợt phản kích của máy bay Nhật, bao gồm 11 chiếc NB-1928 và 6 chiếc NT-1926.
Khi 17 chiến cơ này tìm thấy "Thêm Chúc" hào vẫn còn trôi nổi trên mặt biển, phần lớn thân tàu đã biến mất không còn dấu vết.
Hóa ra, Yamamoto Isoroku, khi trong tay đã gần như không còn máy bay nào để dùng, vì bảo toàn hàng không mẫu hạm "Trăn Tên" còn sót lại, không thể không sớm từ bỏ việc cứu viện "Thêm Chúc" hào.
Hắn sau khi lưu lại hai chiếc khu trục hạm, liền dẫn đầu đám chiến hạm Nhật Bản còn lại hướng phía đông tăng tốc rời khỏi khu vực giao chiến.
Không tìm thấy mục tiêu giá trị nào khác là chiến cơ chính quy, họ chỉ có thể "thêm chút" cho chiếc "Thêm Chúc" vài đao, tiện thể bắn trả chiếc khu trục hạm "Cờ Gió" đang chìm bên cạnh.
Trong tình huống này, chiếc hàng không mẫu hạm "Vũ Di Sơn" còn lại của hạm đội chính quy cũng không phái thêm phi đội mới, mà hướng về phía khu vực chiếc "Côn Luân Sơn" bị đánh chìm tiến sát, thu nhận những chiến cơ phe mình đã mất mẫu hạm.
Thế là cuộc quyết đấu giữa các hàng không mẫu hạm của hai quân Hoa - Nhật cứ thế mà chấm dứt, đồng thời cũng khép lại màn cho toàn bộ "Hải chiến Tế Châu đảo".
Trận hải chiến quy mô lớn bắt đầu từ đêm tối và kết thúc vào ban ngày này, được xem như một trận quyết chiến giữa hải quân hai nước Hoa - Nhật.
Cả hai bên đều dốc trọng binh vào trận chiến, trong đó hải quân chủ lực Nhật Bản toàn bộ ra trận, phía quân đội chính quy cũng phái ra lực lượng tương đương, nhưng vẫn giữ lại được một phần dự bị.
Kết quả hải chiến, bất luận xét trên góc độ chiến thuật hay chiến lược, không nghi ngờ gì đều là Hoa Hạ giành thắng lợi, đương nhiên cái giá phải trả cũng không hề nhỏ.
Trận hải chiến này có thể nói là một bước ngoặt mang tính quyết định trên chiến trường hải chiến trong chiến tranh Hoa - Nhật. Liên hợp hạm đội Nhật Bản trải qua trận chiến này bị tổn thất nguyên khí nghiêm trọng, ít nhất trong thời gian ngắn không thể triển khai các hành động tác chiến quy mô lớn. Quân đội chính quy từ đây nắm giữ toàn diện quyền chủ động trên biển.
Yamamoto Anh Phụ trở thành dê tế thần cho thất bại của quân Nhật, bị cách chức rồi rời khỏi quân ngũ, chức Tư lệnh Liên hợp hạm đội được Trung Thôn Lương Ba, Tư lệnh Hạm đội 1 kiêm nhiệm.
Quân đội chính quy sau khi kết thúc hải chiến đã tiến hành thay phiên toàn diện các chiến hạm ở tuyến Tế Châu đảo, điều những chiến hạm và quan binh đã trải qua ác chiến về hậu phương chỉnh đốn, đồng thời phái ra một lượng lớn quân tiếp viện ra tiền tuyến.
Phân hạm đội số năm nhờ vậy mà được thay máu, mặc dù vẫn giữ lại Trần Nguyên Kiệt làm trung tâm chỉ huy, nhưng các chi đội chiến hạm trực thuộc đã cơ bản được thay thế toàn bộ.
Phân hạm đội sau khi điều chỉnh, bao gồm chi đội chiến đấu số một và số hai, chi đội tuần dương hạm số hai, chi đội số bốn và số mười một, chi đội khu trục hạm số hai, số ba và số mười bốn, cùng chi đội tàu ngầm số một, số tám và số mười một.
Chiến hạm được biên chế bao gồm sáu chiếc tàu chiến đấu tinh nhuệ nhất của quân đội chính quy và hai chiếc tuần dương hạm chiến đội, cùng tám chiếc tuần dương hạm hạng nặng, bốn chiếc tuần dương hạm hạng nhẹ, mười tám chiếc khu trục hạm và mười bốn chiếc tàu ngầm.
Các đơn vị khác trên đảo Tế Châu cũng đã nhận được bổ sung và tăng cường. Trong đó, lực lượng không quân tăng nhanh chóng lên 310 chiếc các loại máy bay tác chiến, vững vàng nắm giữ quyền khống chế bầu trời xung quanh đảo Tế Châu, phía đông đến eo biển Triều Tiên và bờ biển Tây Hải của Cửu Châu.
Những chiến đấu cơ này bao gồm mười trung đội máy bay chiến đấu, trong đó hai trung đội AA-1930, năm trung đội AA-1928, ba trung đội AA-1925.
Máy bay ném bom và máy bay phóng ngư lôi có tổng cộng mười hai trung đội, gồm hai trung đội AB-1929, bốn trung đội AB-1927, sáu trung đội NT-1926.
Cùng bốn trung đội thủy phi cơ NN-1927.
Lực lượng lục quân trên đảo Tế Châu sau khi được bổ sung, đã có Lữ đoàn lính thủy đánh bộ số ba, Sư đoàn 107, Sư đoàn bộ binh hạng nhẹ số sáu và Sư đoàn bộ binh hạng nhẹ số bảy.
Cùng với việc tăng cường thêm Lữ đoàn pháo hạng nặng số ba mươi hai và một đại đội xe tăng, tổng binh lực đạt tới 55,500 người.
Với thực lực hùng hậu như vậy, quân đội chính quy, vào ngày thứ ba sau khi kết thúc hải chiến, đã phát động tiến công toàn diện vào quân Nhật đang cố thủ một góc đảo Tế Châu.
Sau gần bốn ngày chiến đấu, phần lớn trong số hơn bốn ngàn quân Nhật đã bị tiêu diệt, một số tàn quân liều mình vượt biển đến đảo Trâu vào ban đêm, số còn lại lại chọn cách tự sát tập thể để "ngọc nát".
Đảo Tế Châu nhờ đó mà hoàn toàn bị thu phục. Quân đội chính quy trong bốn ngày giao chiến tổn thất tổng cộng hơn ba trăm người.