6月21日，一路快速北撤的小澤艦隊繼續遭到美軍的跟蹤，“大和”號多次截聽到美軍偵察機發出的接敵報告。根據宇垣中將《戰藻錄》記載，“武藏”號和第三戰隊曾對20公里外的2架美機進行過炮擊。6時23分，小澤命令大林少將第三航空戰隊“千歲”號、“千代田”號放飛了4架九七式魚雷機，對身後90-180度範圍實施650公里搜索。搜索機除10時40分遭遇到1架美軍巡邏機外，並無其它發現。這説明美軍並未一路窮追，小澤和慄田這才長出了一口大氣。
7時17分，小澤電令各部：“甲、乙、丙部隊前往沖繩島中城灣，前衞部隊其它水面艦艇前往吉馬拉斯。”8時18分他再次發出電令：“如本日發現敵軍機動部隊，各航空隊做好準備，以全部艦載機發起最後攻擊。”
中午13時30分，大林再次派出“千歲”號和“瑞鳳”號的4架魚雷機，對身後進行第二段搜索，仍無發現。看到美軍已被成功甩掉，小澤於15時45分電令各部：“本隊各部明日進駐中城灣，前衞部隊返回菲律賓中南部待機，‘扶桑’號和第一、第二補給船隊編入前衞艦隊。”
“隼鷹”號的艦橋上，第二航空戰隊航空參謀奧宮中佐憑欄遠眺，感慨萬千，過去兩年一直和“隼鷹”號形影不離的“飛鷹”號徹底消失了。他聽説艦長橫井俊之大佐在海上漂流時被驅逐艦救起，但那些熟悉的艦員們命運如何？因為一直在準備戰鬥，航母上一些陣亡者的屍體還未來得及收拾。奧宮左思右想，感到前途無望，於是走下艦橋在甲板上轉了一圈。航母被炸斷的桅杆索低垂在那裏，艦體上到處都是彈孔。這次作戰被稱為“最後艦隊決戰”或“皇國興亡所繫之戰”，可機動部隊竟如此毫無作為地離開了戰場，今後的戰局將會怎樣呢？日本的命運又將如何呢？沒有人會回答奧宮的問題。
6月22日12時40分，大林的丙部隊率先抵達中城灣，主力部隊於15時抵達。進港以後，各艦立刻開始轉移艦員。“大鳳”號和第六○一航空隊的相關人員向“瑞鶴”號上轉移，“翔鶴”號的艦員則向“摩耶”號轉移，“飛鷹”號艦員轉往“隼鷹”號。損失了“翔鶴”號的松原博大佐先是被派到橫須賀鎮守府，隨後到水雷學校當了教員。“敗軍之將”進學校是日本海軍的傳統作法。
當天晚上，小澤口授了一封辭職信，由參謀電傳至聯合艦隊司令部。豐田對小澤的信連看的興趣都沒有，這位一向尖酸刻薄的海軍大將口中吐出的話讓在場的所有人都感到震驚。“對這次災難性敗北，我要比小澤將軍負更多的責任，”豐田説，“我不會接受他的辭呈。”這一舉動讓一貫看豐田極不順眼的老酒少有地佩服了他這一回。
就小澤本人而言，他確實已經竭盡全力。他的戰術設計還算高明，並且如願率先發起了攻擊，卻未能擊沉哪怕一艘美軍艦艇。小澤承認，對陣雙方在太平洋上的海戰實際上已經結束，日本人失去了最後的翻盤機會，失敗對日本來時只是一個時間問題。
日本人輸掉了所謂的決戰，但小澤不應因此受到過多責備。他奉命率領規模只有對手一半的艦隊去和敵人搏鬥，他非常渴望第一航空艦隊的500架陸基戰機能夠讓戰鬥勢均力敵，但實際上，他卻並未從角田那裏得到多少實質幫助。他的艦載機已經過時，飛行員也不具備與對手抗衡的能力。後來日本史學家坦誠，在艦隊處於劣勢和飛行員經驗嚴重不足的情況下，沒有人能比小澤做得更好。但飛行員的技術低下能怨那些年輕人嗎？
小澤大可不必為此自慚。在這場人類歷史上空前——很可能也是絕後，至少老酒這年齡是很難看到了——的航母大對決中，日軍的戰術採用和指揮明顯優於對手。小澤在戰役中的表現可圈可點。他能有效利用戰場態勢和僅有的有利成分，精心策劃了“穿梭轟炸”。在持續兩天的激戰中，機動部隊基本掌控了戰鬥節奏，並在適當時機打出了全部攻擊力量。藉助飛機腿長的優勢，日軍艦隊能夠在戰役的大部分時間裏處於美軍的打擊範圍之外，使對手強大的攻擊力量找不到用武之地。除了在反潛上存在較大失誤之外，小澤的表現差強人意。在戰役前半階段，美國人只能窩在哪裏躲避一輪又一輪的打擊，連對手的影子都找不到。只是到了戰役末尾，他們才發動了一次十分勉強的進攻，付出慘重代價卻並未取得像樣的戰果。我們不妨作一種假設，如果日軍潛艇有他們美軍同行那樣的能力，米切爾在夜間大開燈光讓艦載機着艦時，他們完全可以給對手送去一次巨大的災難。
之前的6月20日12時15分，豐田發出了《聯合艦隊電令作第190號》，要求“各潛水部隊動力有限者返回特魯克，其他撤至各散開線，極力部署於塞班島和關島周邊”。與美軍潛艇在戰役中的驚豔表現相比，日軍潛艇部隊不但毫無作為，反而搭上了11艘潛艇——包括22日被擊沉的“伊-185”號——對主力艦隊的作戰幾乎毫無幫助。6月24日，“伊-41”號潛艇冒着巨大危險潛入關島近海，成功接走了早前降落在那裏的106名機組成員，算是能稱得上的唯一貢獻。
6月20日，另外3艘潛艇受命前往提尼安島，試圖接走第一航空艦隊司令部成員，因美軍的嚴密封鎖未獲成功。行動失敗最終導致角田和參謀長三和義勇等人命喪荒島。另外，爪哇海戰和珊瑚海海戰的雙料英雄、第六艦隊司令官高木武雄中將同樣於塞班島斃命，也算是“沒有功勞有苦勞、沒有苦勞有疲勞、沒有疲勞有牢騷”了。
美軍的勝利來自超人的實力，當然也少不了足夠的運氣。打個不太恰當的比喻，就如同讓老酒和泰森——即使他已經退役多年——搞一場拳擊賽。老酒事先經過了精心準備，戰術設計完全合理，在比賽的前半段穩據上風，刺拳、擺拳、勾拳頻頻擊中對手，卻不能撼動泰森分毫。人家泰森偶然一激靈，輕鬆一記不太用勁兒的刺拳就把老酒打得暈倒在地，直接抬醫院吸氧去了。換句話説，就算小澤運氣能夠好一些，僥倖給米切爾的第五十八特混艦隊造成損失，充其量也不過擊沉或重創一些美軍航母。但經過兩年半的戰爭動員，美國的戰爭潛力已經得到充分發揮，他們的造艦能力完全碾壓日本。你擊沉他一艘，他很快會有兩艘、三艘甚至更多艘從船廠裏開出來。戰爭結束之後，美國船廠很多造了半截兒的艦船被迫停工就是最佳的例證。日軍的一次戰術勝利，絕對無法改變失敗的最終結局。此外我們還應強調一點，美國人一直奉行“先歐後亞”的全球戰略，在太平洋上，他們僅動用了不到30%的軍事力量。
22日晚21時49分，小澤接到了豐田和草鹿發來的“機動部隊返回廣島灣”的命令。6月23日11時，機動部隊駛離中城灣，翌日18時進入柱島泊地。機動艦隊補給船隻23日進入吉馬拉斯，裝滿婆羅洲的原油後向本土返航。
雖然在馬里亞納海戰中遭遇慘敗，但6月23日下午15時30分，大本營海軍部報道部長松村大佐發佈的公告依然高調：我機動部隊與基地航空部隊合力於馬里亞納羣島海域與敵展開決戰，擊沉或重創敵軍航空母艦4-5艘，戰列艦或巡洋艦1艘，擊落敵機160架。我軍損失航母1艘，油輪2艘，50架飛機未能返航。
對上述公告內容，陸軍次官富永恭次少將表示“難以同意”，“這和中途島海戰一樣，把己方的損失説得過少，為什麼不能如實發表真實情況？這樣的報道如何能引導輿論？陸軍絕不贊成這篇文稿。”按照以往慣例，海戰的公告由海軍單獨發表。東條對此一錘定音，“馬里亞納海戰不是陸海軍協同作戰，而是聯合艦隊單獨發起的作戰，我們不應指手劃腳去幹預發表。海軍自中途島海戰以來，連吃敗仗也怪可憐的。反正是海軍負責任，就照樣發表也就算了吧。”
菲律賓海海戰之後，日本海軍航空兵實際上已經被淘汰出局，再也不是戰爭中一支不可或缺的戰略力量了。偷襲珍珠港的“英雄”淵田美津雄所言可謂一語中的：“這是一場決定性戰役。一旦馬里亞納羣島失守，即使菲律賓羣島都不再是一條可以依靠的防線。所以我們才決定傾力出擊，而且實際上用盡了我們所有的航空力量。”
戰役地圖