第二波攻击让北华军损失了3架轰炸机和1架鱼雷机，但机群没有浪费时间，投完所有的鱼雷炸弹后，立刻返航，准备进行第三波攻击。实际上，这样的高强度攻击让飞行员们都汗流浃背、身心俱疲，但己方已经被敌军击沉两艘航母的重大损失让飞行员们都咬紧牙关，强撑着精神在浴血奋战。
尼米兹站在华盛顿号上，看着奄奄一息的北卡罗来纳号，这艘巨舰虽然一时半会还没有被海水吞噬，但得不到及时维修的处境以及北华军的下一波攻击足以让它彻底化为海底的一堆金属废墟。“敌军机群的攻击持续了二十分钟，而上次的攻击和刚才的攻击间距了约两个小时，飞机时速500公里，扣除敌军机群回到航母上加油装弹的时间，这说明敌军航母距离我们约200公里，下一步打击还有一个小时不到。”尼米兹神色凝重，“但现在距离天黑还有三个小时，足够对方打击两次了。”
战列舰队司令斯普鲁恩斯少将忍住悲痛：“我们该怎么办？”
“我们还有多少燃油？”尼米兹问道。
“两艘油轮都被摧毁了，我们只能靠军舰上的燃油进行开动了。”
“对方的指挥官很聪明啊！”尼米兹叹息一声，“为了抓紧时间，我们从昨天夜里的海战结束后到现在都没有给军舰补充燃油，各战列舰现在都只有一半多一点的燃油。如果我们以10节的巡航速度继续开动，这些燃油足够我们开到澳大利亚，但速度太慢，敌军会在明天天亮后再次发现我们，可如果我们以最大的速度继续开动，燃油根本不够到澳大利亚。”
“我们该怎么办？”斯普鲁恩斯少将含着热泪。
“燃油不够所有的军舰开回去，我们只能把两艘战列舰开回去。”尼米兹看着他，“全部死，或者，一半活。就是这么简单。”
“可是...”斯普鲁恩斯少将咬住颤抖的嘴唇。
“北卡罗来纳号已经没法保全了，华盛顿号基本完好，并且性能超过内华达号和俄克拉荷马号，而俄克拉荷马号的受伤情况要比内华达号严重一些，因此...”尼米兹下令道，“把北卡罗来纳号上的燃油储备移到华盛顿号上，再把俄克拉荷马号上的燃油储备移到内华达号上，同时把这两艘军舰上的伤员都移到华盛顿号和内华达号上。快点吧！我们快没有时间了。”
“是...”斯普鲁恩斯少将艰难地点了点头。
“我这个命令不但要抛弃北卡罗来纳号和俄克拉荷马号，还要抛弃这两艘军舰上的三千多名舰员。”尼米兹神色平静地道，“雷蒙德，你带着华盛顿号和内华达号离开，我留下。”
“上将！”斯普鲁恩斯少将惊愕地道。
“不要多说什么了。”尼米兹打住了他的话，“这是命令。”
北华军的第三波攻击在下午4时15分展开，再次杀来的北华军舰载机包括6架战斗机、20架俯冲轰炸机、15架鱼雷攻击机。重新飞临美军舰队上空的北华军飞行员们惊奇地发现，美军舰队只剩下两艘军舰和几艘小型的医疗船在原地，那两艘军舰一艘是在海面上垂死挣扎的北卡罗来纳号，一艘是基本完好的俄克拉荷马号。俄克拉荷马号的舰艏甲板上，尼米兹上将整了整身上的军服，平静地看着俯冲投弹的北华军飞机。
飞行长立刻把这个情报汇报给了200公里外的袁晨凯。
“金蝉脱壳！”袁晨凯立刻回过神，随即下令，“调六架鱼雷机进行搜索！发现敌舰后立刻展开攻击！争取让敌舰瘫痪在海上！大不了我们明天再收拾。”
六架鱼鹰分散开呼啸而去，同时，空中机群则对下方的北卡罗来纳号和俄克拉荷马号大开杀戒。三架斯图卡对已经不能移动身躯的北卡罗来纳号展开攻击后，六颗炸弹全部命中，北卡罗来纳号已经残破不堪的身躯彻底支离破碎，旋即缓缓被海水吞没。看到北卡罗来纳号注定沉没，剩余的斯图卡和鱼鹰立刻对俄克拉荷马号展开进攻。
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在俄克拉荷马号近乎绝望的防空炮火中，五条鱼雷和十多颗炸弹连续命中这艘战列舰，其中的一颗炸弹正好穿透了甲板，在一个主舰炮的弹药库里直接爆炸开，引发了震天撼海的巨大爆炸，使得这艘战列舰被炸碎了整个舰舯，飓风般的爆炸气浪呼啸过全舰，把包括尼米兹在内的几百名舰员水兵全部吹进了海里。
与此同时，奉命继续搜索的六架鱼雷机找到了正在逃离的华盛顿号和内华达号。华盛顿号的体积要比内华达号大得多，同时有2艘轻型巡洋舰护卫在华盛顿号身边，防空火力十分凶猛，接连击落了两架北华军的鱼雷机。剩余的四架鱼雷机的飞行员用无线电互相联系后，认为四条鱼雷很难让华盛顿号陷入瘫痪，倒不如攻击体积小一点的内华达号。打定了主意后，四架鱼鹰朝着内华达号发动进攻，四条鱼雷全部命中，在内华达号的舰艉部炸开了四团直上云霄的烈焰，成功使内华达号陷入瘫痪中。
夕阳西下，这场北印度洋的海战也随之落下了帷幕。果断出击的渤海号成功地击沉了美军的北卡罗来纳号和俄克拉荷马号战列舰，同时重创了内华达号，而北华军的整个攻击只损失了1架战斗机、4架鱼雷机、6架轰炸机，有力地扳回了一局。
望着地平线远处的夕阳，袁晨凯长长地松了一口气，而尼米兹也松了一口气，他知道，天黑了后，已经逃离的华盛顿号和内华达号有足够的时间改变航线，躲避北华军机群在第二天的追杀。尼米兹此时浑身湿漉漉地站在一艘医疗船上，望着正在远去的北华军的舰载机群。
一个意外发生了。
正在远去的北华军机群里突然间有一架零式返身了回来，直挺挺地扑向尼米兹所在的这艘医疗船，随即展开俯冲，急剧地越飞越近，同时高度也越来越低，几乎是撞向了医疗船。
“这架敌机要扫射我们了！”医疗船上的美军官兵们惊呼声一片。医疗船的船舱上面是雪白色，并且涂着一个巨大而醒目的红十字。根据国际战争法，交战双方是不能攻击对方的医疗船的，但这架北华军的战斗机似乎要违反一次国际战争法了。
几个军官扑过来试图把尼米兹拉到一边，因为他就站在船艏，一旦北华军的这架飞机展开扫射，尼米兹立刻就会被打成马蜂窝。
但尼米兹岿然不动地站着。
那架零式飞机在俯冲到距离医疗船不到三十米的地方突然一扬机头，呼啸着爬升而去。驾驶舱里，彭周哈哈大笑。他只是跟这帮美国人开个玩笑而已，一个很恶意的恶作剧，就是为了让这帮美国人吓得屁滚尿流。实际上，北华军的军规也不允许进攻敌方的人道主义设施。
彭周不知道，如果他刚才真的开火，他就一举射杀了美国的印度洋舰队司令，并且这个人在几天后还被升为了美国的太平洋舰队司令。
尼米兹望着刚才跟自己恶作剧的那架北华军的飞机，微笑道：“我们的敌人确实是讲究人道主义的。”他随后下令把被美军救起并俘虏的北华军飞行员和被打捞起来的北华军阵亡飞行员的遗体都放在救生艇上，并在艇上放了足够的饮水和食物，释放他们返回己方舰队。
每架战斗机的机头下都会有航空照相机，一方面是为了用于空中侦察，一方面是为了用于纪录飞行员的空战结果和作为日后的空战研究资料。彭周飞机上的照相机里的胶卷被冲洗出来后，清清楚楚地记下了尼米兹在那一刻站在船头的样子。事后，彭周悔恨不已，多次说“我当时要是开火该多好”，他的战友们则给他取了一个讥讽性的外号：尼米兹的照相师。
这场海战其实还没有真正地结束。当天深夜，在印度洋东北部海域活动的北华海军的U-299号潜艇意外地发现了正在撤退的美军华盛顿号和内华达号战列舰，内华达号的伤势十分严重，不得不由华盛顿号拖曳着前进。U-299号看到美军战列舰只有2艘轻型巡洋舰在护航，鼓起勇气展开进攻。在小心翼翼地找到最佳攻击位置后，U-299号对伤痕累累的内华达号射去了4条威力强大的氧气电动鱼雷，并且全部命中，霎时炸得内华达号几乎是天翻地覆，伤势进一步加剧，只能保持8节的缓慢速度。舰队指挥官斯普鲁恩斯少将知道如果时间就这样拖下去，不但救不了内华达号，还会使得华盛顿号在天亮后再度遭到北华军舰载机的进攻，因此忍住心头剧痛，命令把内华达号上的舰员、伤员、阵亡官兵遗体都转移走，然后让华盛顿号对内华达号发射了6条鱼雷，将其自行摧毁。11时40分，内华达号沉没在苏门答腊岛中部西南部150海里处，这是美军在北印度洋海战里损失的第三艘战列舰，华盛顿号则平平安安地全速撤离了。
至此，辽美北印度洋海战才正式结束。
辽美北印度洋海战发生于1943年2月11日上午至2月12日深夜，交战区域是印度北部和东北部海域；
北华军参战军力：2艘中型航空母舰、1艘轻型航空母舰、4艘重型巡洋舰、4艘巡洋驱逐舰、8艘驱逐舰、1艘潜艇；
美军参战军力：1艘中型航空母舰、4艘护航航空母舰、4艘战列舰、4艘重型巡洋舰、6艘轻型巡洋舰、12艘驱逐舰、1艘潜艇；
北华军损失：2艘中型航空母舰和1艘驱逐舰战沉，4艘重型巡洋舰和5艘驱逐舰受伤，损失飞机205架，累计1000多人阵亡（飞行员只有20多人阵亡，被俘飞行员大部分被释放）；
美军损失：3艘战列舰、3艘护航航空母舰、2艘重型巡洋舰、1艘潜艇、2艘大型运输舰、2艘大型油轮战沉，1艘轻型巡洋舰、1艘驱逐舰、1艘运输舰受伤，损失飞机200多架，累计1500多人阵亡（飞行员损失很大，大部分都被俘）；
交战结果：双方基本上打成平手。美军虽然损失的舰艇吨位远超过北华军，但最宝贵的航空母舰却丝毫未损，同时击沉了北华军两艘中型航母，取得了战略上的胜利；北华军虽然损失了两艘中型航母，并且没能击沉或击伤美军唯一的一艘航空母舰，但却击沉美军三艘战列舰和两艘重型巡洋舰，取得了战术上的胜利。