7月24日，海军陆战队第2和第4师在提尼安岛登陆。至8月1日，守军9000人被全歼，美军则伤亡1700余人。
马里亚纳群岛战役结束后，日军“绝对防御圈”被美军突破。美军可以此为跳板，西进可直取菲律宾，北上可进攻日本本土。利用塞班岛和关岛的机场，美军远程轰炸机可以直接向日本本土实施战略轰炸。
时，第四波次，也是日军最后一个波次共83架攻击机抵达交战上空，依旧没有发现美舰，18架飞机选择返航，50架飞机选择向北飞往关岛，15架战机则选择飞往罗塔岛。飞往罗塔岛的日军战机在20分钟后发现了不久前被第三波次袭击的美舰“邦克山”号和“黄蜂”号，他们随即冲向美舰，其中一枚炸弹击中“邦克山”号航母，所幸舰体损失并不严重。
飞往关岛的50架飞机在降落前遭遇美军战斗集群，31架飞机被击落，剩余19架飞机在满是弹坑的跑道上迫降，大部分受损无法修复。
至此日军历时八个半小时完成了自己的全部攻击。四轮进攻中日军从航母上累计出动飞机310架，损失飞机221架。第58特混舰队则损失29架战斗机和14名飞行员。
入夜后，斯普鲁恩斯致电尼米兹，汇报了美军取得的战果。尼米兹在这一天还收到了一份潜艇部队司令洛克伍德发来的战报。两艘潜艇趁日军忙于进攻时，偷偷潜入日军编队，击沉“大凤”号和“翔鹤”号航母。
6月20日，米切尔留下一个航母大队封锁关岛和罗塔岛海面，率领另外3个航母大队向南追击败退的日军舰队。当天下午4时，侦察机锁定日军舰队位置，米切尔立即下达“全部飞机出击”的命令。
日落前，几架美军鱼雷机在低空对日舰发动攻击，击沉“飞鹰”号航母和2艘油船，击伤1艘日军战列舰和1艘巡洋舰。另一支轰炸机编队则袭击了日舰“千代田”号轻型航母和“瑞鹤”号重型航母，导致两艘航母甲板起火。
至此，“菲律宾海海战”全部结束。日军损失2艘重型航母、1艘轻型航母，另有2艘航母被击伤，战斗机累计损失380架。美军原本损失轻微，但在20日海战结束后，美军战机在夜幕下着陆时造成重大损失。此次海战美军舰载机累计损失130架，阵亡飞行员76人，没有一艘主力战舰被击沉。
经此一战，美军完全掌控了马里亚纳群岛的制海权和制空权。在之后的登陆作战中，守岛日军孤立无援，美军则稳步推进。
在塞班岛，美军共投入海军陆战队第2、第4师和陆军第27步兵师。战至7月6日，守岛指挥官斋藤一次和日军中太平洋舰队司令南云忠一相继自杀。7月9日，塞班岛战役结束。美军伤亡1.6万人，全歼守军3万人。
7月21日，海军陆战队第3师和第1临时陆战旅在关岛登陆。至8月10日，日军有组织抵抗结束。此战美军伤亡7000人，歼灭日军1.8万人。