三点四十分，“加利福尼亚”号燃起了大火。
根据幸存美军官兵回忆，大火是由一枚在舰面爆炸的高爆弹引发的。而根据中国海军的作战记录，当时“山西”号很有可能阴差阳错的打出了一枚高爆弹，即炮手错误的选择了高爆弹。
要知道，高爆弹只用来对付地面目标，在主力舰的战斗中根本派不用场。
问题是，就是这枚高爆弹，让米切尔再次做出了错误判断。
当时，第32舰队已经转向返回，而且“科罗拉多”号离“加利福尼亚”号已经不到十公里了。
看到“加利福尼亚”号燃起大火，米切尔产生的第一个念头就是这艘战舰完蛋了。
在炮战中，战舰燃起大火，往往意味着遭到重创。
米切尔没有立即放弃“加利福尼亚”号，而是发出了询问信号。
问题是，“加利福尼亚”号通信部门的官兵都在爆炸中昏厥，也就没有收到旗舰发来的电报，而桅杆的了望员则在爆炸中身亡，也没有看到旗舰发出的灯光信号，舰桥内的舰长等军官也是死伤一片。
结果就是，“加利福尼亚”号没有回答旗舰发出的询问。
等了好几分钟，米切尔死心了。
虽然雷达与了望员都测出，“加利福尼亚”号还在航行，航速不低于十四节，且还在向做转向，但是米切尔觉得，这艘战舰已经在劫难逃，如果冒险前去支援，很有可能让剩下的六艘战舰都完蛋。
三点五十分不到，米切尔下达了第三道转向命令。
这次，第32舰队只需要转向九十度。
问题是，在此之前，第32舰队已经向北航行了几公里，与中国舰队的距离缩短到了二十六公里左右。更重要的是，“加利福尼亚”号还在航行，且“田纳西”号也在原来的航向缓慢航行。也就是说，这两艘战舰没再挡住中国战舰的视野。当第32舰队再次转向的时候，立即就被中国舰队发现了。
到此，方志盛也意识到，米切尔想逃，而且已经抛弃了那两艘战列舰。
四点左右，方志盛给一直留在后面的轻巡洋舰与驱逐舰下达了命令，轻巡洋舰去攻击已经丧失作战能力的两艘美舰，驱逐舰则全速追击正在撤退的第32舰队，并且向第32舰队发起鱼雷攻击。
当然，方志盛也没让五艘快速战列舰闲着。
在他下达这道命令的时候，五艘快速战列舰正在“山东”号的带领下转向，而且都在全力加速。
十分钟后，五艘快速战列舰的航速都超过了三十节。
只是，追击行动并没有持续下去。
四点过十分，美军的轻巡洋舰拦截了中国舰队的驱逐舰，并且在短促的战斗中，击沉了两艘驱逐舰，让剩下的四艘驱逐舰放弃了攻击行动。紧接着，跟在轻巡洋舰后面的美军驱逐舰对中国舰队发起了反冲击。
雷达探测到了高速逼近的美军驱逐舰之后，方志盛不得不做出一个困难的决定。
当然，对方志盛来说，这个决定也许并不困难。
要知道，在遭到敌人驱逐舰威胁的时候，战列舰肯定不能继续全速追击敌舰，因为这很容易被敌驱逐舰发射的鱼雷击中。如果要拦截敌人的驱逐舰，以及规避敌驱逐舰发射的鱼雷就需要进行战术机动，也就得放弃追击行动。
别忘了，方志盛一直把自己的战舰看得比敌人的战舰更重。
也就是说，他不会为了击沉敌舰而让自己的战舰去承担太大的风险，至少不会在明知道前方有危险的情况下继续追击敌舰。
四点十五分，方志盛下达了战术机动命令，并且要求各舰重点拦截美军驱逐舰。
换句话说，方志盛放弃了追击第32舰队的行动。
后来，方志盛的这个决定，也成了这场海战中最大的争议之一。在很多人看来，如果当时方志盛没有放弃追击，那么第32舰队肯定逃不掉，就算不被战列舰编队干掉，也会在天亮后被航空兵干掉。也有人认为，方志盛的决定，使战列舰编队避免了严重损失，起到了保存实力的作用。
当然，继续追下去的结果到底如何，恐怕谁也说不准。