Đêm ngày 20 tháng 6, Ozawa nhận được lệnh của đô đốc Toyoda rút lui khỏi biển Philippines. Lực lượng đặc nhiệm Mỹ tiếp tục truy đuổi hạm đội Nhật về phía Tây nhưng trận đánh đã kết thúc.

Trận hải chiến kéo dài trong 2 ngày này là cuộc đối đầu lớn nhất trong lịch sử giữa các hàng không mẫu hạm. Phía Nhật trong 4 lần không kích đã cho xuất kích tổng cộng 373 máy bay và chỉ có 130 chiếc trở về, tồn thất là 243 chiếc bị bắn rơi. Thiệt hại về máy bay của Nhật còn tăng thêm khi 2 hàng không mẫu hạm lớn bị tàu ngầm Mỹ đánh chìm. Sang ngày thứ 2, Nhật mất tiếp 1 hàng không mẫu hạm nhỏ nữa. Nhiều máy bay đặt ở các căn cứ trên đất liền cũng bị bắn rơi, nâng tổng số máy bay Nhật bị mất lên tới khoảng 475 chiếc. Sau trận đánh, Hạm đội cơ động Nhật đã mất đi 92% số máy bay và 3 hàng không mẫu hạm[1] khiến cho Lực lượng đặc nhiệm cuối cùng đầy đủ thực chất của hải quân tan tành[9]. Trong khi đó về phía Mỹ tổn thất chỉ là 123 máy bay, trong đó có 80 máy bay là do tai nạn khi hạ cánh vào ban đêm.

Trận đánh này đã giáng cho hải quân Nhật một đòn chí tử và làm tiêu tan ảo vọng về một "Trận đánh quyết định". "Vành đai phòng ngự tuyệt đối" bắt đầu tan vỡ khi Saipan thất thủ không lâu sau đó. Và cuối cùng, những mất mát của Nhật tại quần đảo Mariana là không thể thay thế được. Do việc mất quá nhiều phi cơ và đội bay trong trận đánh này mà các máy bay Nhật đã không còn có thể chạm trán với hạm đội Mỹ lần nữa[10]. 4 tháng sau đó trong trận hải chiến vịnh Leyte, Ozawa đã mang 3 hàng không mẫu hạm nhưng hầu như không còn máy bay, chỉ để đóng vai trò mồi nhử và phải giao nhiệm vụ tấn công chủ yếu lại cho các thiết giáp hạm và tuần dương hạm.