再賭一次，山本五十六下定了決心。所以山本五十六發動了“‘い’號作戰”。
山本發動“‘い’號作戰”的目的非常簡單，就是爭取一點日本人整頓防線的時間。這一點無可厚非，但是問題是山本五十六發動的這個“い號作戰”實在太逸出了常規。山本害怕航母的損失，居然荒唐的要航母飛行員轉陸地進行突擊，將第三艦隊的艦載機拉上岸，從陸地機場上起飛去作戰，這樣萬一作戰失利也就是損失幾架飛機，航母本身沒有危險。現在山本粉絲們都不肯承認這種異想天開的作戰方式是山本五十六的發明，舉出了一大堆名字來尋找嫌疑犯，其實沒有這種必要。從日本海軍軍人的回憶錄裏可以看到，第三艦隊的下層軍官激烈地反對這個莫名其妙的作戰計劃，甚至第三艦隊司令部的參謀們也不讚成這個計劃。但是小澤治三郎沒有反對過，聯合艦隊司令部裏也沒有過任何有關“‘い’號作戰”的爭論，就是說聯合艦隊司令部的參謀們都知道這是長官的決定，“‘い’號作戰”從4月7日開始進行，參加的除了第三艦隊的184架艦載機以外，還有第11航空艦隊的88架零戰，27架九九式艦爆和72架一式陸攻，4架偵察機等191架飛機，總共375架。好可憐的數字，這是當時海軍在所羅門方向能抽出來的艦載和陸基飛機的總和。當年襲擊珍珠港時，光艦載機的數量就超過350架，中途島海戰時第一波攻擊隊就是108架，還有一百多架在待命，可這仗打了不到一年半，大日本海軍越打越抽抽，就為了指揮這四百架不到飛機，還需要聯合艦隊司令長官親自出馬才能擺平。這是珍珠港以後日本海軍進行的最大規模的航空作戰，打了一個星期，“大本營發表”的內容是：“擊沉巡洋艦一艘，驅逐艦兩艘，各種運輸艦船18艘，重創各種運輸艦船8艘。擊落敵機約100架，擊毀15架以上”。實際呢？擊沉驅逐艦一艘，運輸船及其他艦艇共四艘，擊落擊毀飛機31架，而日本海軍的損失是46架，大約13%的飛機又沒有了。這種戰果不能用什麼“性能價格比”來衡量了。
這次特別是第三艦隊的消耗太大，並不單單因為是艦載機小，續航力短的原因。第11航空艦隊的陸基機在半年的瓜島戰役中消耗實在太大，稍微有點經驗的老鳥都已經消耗完畢，當時拉包兒的飛行員中有句話是：“到了拉包兒，命就隻剩下十天了”，現在都是些菜鳥飛行員們，技術也不高，鬥誌也不是那麼高，能飛過去就飛，遇上攔截就自說自話地回頭了。所以這次作戰的主力是艦載機，現在艦載機又沒了，好不容易剛剛訓練有了點起色的第三艦隊不得不再次回到國內重新從零開始整備飛機和飛行隊伍。所以這次“‘い’號作戰”的失利，既是中途島，瓜島作戰失利的結果，也是以後馬裏亞納海戰失敗的原因。
瓜島作戰失敗以後，軍令部和聯合艦隊根本就沒有召開反省會議檢討作戰失利的原因，而是匆匆忙忙進行新幾內亞登陸作戰和“‘い’號作戰”。這次“‘い’號作戰”的作戰失利原因是十分明顯的，在瓜島作戰中全部暴露出來過，首先就是單程飛行時間就長達兩小時以上，先不說目標上空的滯空時間就隻剩下來了10分鍾左右，這時飛行員就已經因為疲勞而無法集中注意力，作戰能力大大下降，而另一方麵美軍的技術優勢到現在還是沒有引起日本人的注意。被破譯了通訊密碼的日本海軍對美軍根本就沒有什麼秘密，加上海岸監視員組織和美軍的雷達係統，使得美軍一般有30分鍾以上的時間發出日本的空襲警報。港灣裏的運輸船隻和機場上的轟炸機，偵察機在日本飛機大舉到來以前早已避難，剩下來的是虎視眈眈在空中等著日本人的戰鬥機。瓜島算是白打了。
日本漸漸處於守勢。山本也感到大事不妙，曾對人說：戰爭結束後，他不是被送上斷頭台，就是被送往聖赫勒島（軟禁拿破侖的地方）。實際上，他的歸宿比其預料的還要富於戲劇性。
飛向地獄之鷲
在瓜島戰役失敗後，山本在參謀長宇垣纏的激勵下決定前往南太平洋前線視察以便鼓舞士氣。1943年4月14日，代號“魔術”的美國海軍情報部門截獲並破譯了包含山本行程詳細信息的電文，包括到達時間、離埠時間和相關地點，以及山本即將搭乘的飛機型號和護航陣容。上述電文顯示山本將從拉包爾起飛前往所羅門群島布幹維爾島附近的野戰機場，時間是1943年4月18日早上。
美國總統富蘭克林·羅斯福命令海軍部長弗蘭克·諾克斯“幹掉山本（Get Yamamoto）”。諾克斯授意切斯特·尼米茲海軍上將執行羅斯福的命令。尼米茲與南太平洋戰區指揮官威廉·哈爾西商討後，在4月17日批準了攔截並擊落山本座機的刺殺任務。
一個中隊的P-38閃電式戰鬥機受命執行攔截任務，因為隻有這種飛機才有足夠的航程。18位從三支不同部隊精選出來的飛行員被告知他們即將攔截一名“重要的高級軍官”，但並未得知具體姓名。
4月18日早晨，山本不顧當地陸軍指揮官今村均大將關於遭伏擊風險的勸告，搭乘兩架三菱一式陸攻快速運輸機從拉包爾按時起飛，計劃飛行315分鍾。不久，18架加掛副油箱的P-38式戰鬥機從瓜島機場起飛。經過430英裏無線電靜默的超低空飛行，有16架到達目標空域。東京時間9點43分，雙方編隊遭遇，6架護航的零式戰鬥機立刻開始與美機纏鬥。
列克斯·巴伯中尉攻擊了兩架一式陸攻中的第一架，事後證明是舷號T1-323的山本座機。他不斷射擊該敵機直到後者左引擎開始冒出黑煙。在巴伯轉而進攻另一架運輸機時，山本的座機墜落到叢林中。
山本座機的墜落地點位於此前澳大利亞海岸巡邏隊在布因島的據點以北，第二天有一支日軍搜救小隊找到了這個地點，帶隊的是日軍工兵中尉濱砂。據濱砂中尉回憶，山本的遺體位於飛機殘骸之外的一棵樹下，仍舊坐在座椅之上，戴著白色手套的雙手拄著他的日本刀。濱砂說他當場就認出了山本，海軍大將的頭微微低下猶如陷入沉思。解剖報告顯示山本身上有兩處槍傷：一發子彈自身後穿透他的左肩，另一發子彈從他的下頜左後方射入，從右眼上方穿出。即便有此報告為證，關於山本是否從墜落中生還一直都有爭議。為防止日軍得知自己的密碼已泄露，美國新聞媒體被告知是所羅門群島當地人的海岸觀察站目擊到山本登上一式陸攻。新聞媒體也沒有公開大部分參與刺殺行動在東京舉行的山本五十六國葬儀式的美軍飛行員的名字，因為其中一人的兄弟當時是日軍戰俘，有被虐殺的可能。
這次任務成為二次大戰中持續時間最長的戰鬥機攔截任務。在日本，山本陣亡的事件被稱為“海軍甲事件”。日本當局一直拖到1943年5月21日才公布山本的死訊，朝野震驚。對於被宣傳機構蒙騙，以為日軍自開戰以來不斷高歌猛進的日本民眾來說，山本之死所造成的精神打擊是難以估量的。日本政府也因此被迫承認美軍的戰爭能力正在迅速恢複，甚至開始反擊。日本當局追授山本大勳位、功一級、正三位和元帥稱號。6月5日，在東京日比穀公園舉行國葬。
名將還是愚將
山本在其海軍生涯的絕大部分時間是在海軍軍政部門渡過的，應該說山本五十六是一個出色的軍政官僚而既不是一個海軍領導人也不是一個艦隊司令。日本海軍內部說，聯合艦隊司令山本和海相島田繁太郎完全安錯了位置，他們兩個換一個身份才是最合理的。作為海軍領導人，山本五十六不懂得戰爭，在非常清楚日美間巨大的國力差異的情況下，居然把一場戰爭的勝敗，僅僅寄希望於一次奇襲的成功；作為艦隊司令，山本五十六在1940年首相近衛文麿問起開展前景的時候居然說出：“一年半年沒有問題，兩年三年就沒有把握了，三國條約已經簽了，誰也沒有辦法”這種聽不出有多少作為國家主力艦隊司令的責任感的話出來。
山本的賭注就僅僅是航空，這是因為雖然山本五十六不能算是一個水手，也不像美國的公牛哈爾西一樣就是一個飛機駕駛員，但山本還是能算得上是一個“精神飛行員”的，一直在軍政部門幹的山本五十六在日本海軍也是一個不多見的幾乎沒有當過艦長的人，除了在1928年臨時擔任過四個月輕型巡洋艦“五十鈴”的艦長和在1928年底出任航空母艦赤城號艦長之外。山本和航空有很大的關係，1924年出任霞浦航空隊副隊長，1930年出任海軍航空本部技術部少將部長，1935年出任海軍航空本部中將本部長。從根本上來說，山本五十六其實不是真正的“航空主兵”論者，山本五十六在骨子裏仍然是個大艦巨炮論者。山本五十六選擇飛機隻是作為作為一種賭具在進行賭博。在其平生的珍珠港和中途島兩大賭注中，先贏後輸，最後血本無歸，但這也許是其最好的歸宿。
和南雲忠一一樣，山本也是個悲劇性人物。從來沒有當過艦隊司令，隻有過一年的艦長經驗的山本五十六，長期從事軍政工作，根本沒有從事過軍令工作。當初來當聯合艦隊司令就是一種臨時的措施，因為主戰的右翼們揚言要暗殺反對三國同盟的山本海軍次官。問題是誰都想不到這位根本就不懂作戰的山本還就很敬業地弄了一個異想天開的珍珠港作戰計劃出來，更大的問題是這個異想天開的計劃居然還嚴重成功，這一下本來是作戰的外行的山本五十六就成了作戰的行家，被軍部打造成了一個天文地理頭頂腳底無所不知戰無不勝半人半神的怪物。光環的下麵是陰影，實際上是太平洋戰爭中的海戰除珍珠港外，隻要有山本五十六親自跟著摻和的戰鬥沒有取勝的。
日本海軍的怪才鬆田千秋少將就認為山本五十六沒有戰略眼光，由於過分迷信航空戰而將戰線鋪得太開，放棄了日本海軍戰略上采取守勢，戰術上采取攻勢的傳統，因而造成了日後的困境。就戰役戰術方麵，他認為珍珠港襲擊不但讓美國全國奮起，同時也將日本一直實施的艦隊決戰戰略陷於無用，又沒有摧毀美方航空母艦，美國國內民用航空的潛力遠遠高於日本，使用航空力量無外乎以己之短擊他人之長。
山本本人是艦隊派，但不意味著他對條約派將領就恨之入骨。長期在軍政領域混的山本在用人有獨到之處，雖然不是政治家，但很有政治手腕。在山本看來，條約派，艦隊派，航空主兵派，大艦巨炮派都是日本軍人，爭論的隻是技術問題，沒有必要上綱上線，弄得你死我活，所以在山本手下五花八門的人彙集一堂。艦隊派的主力南雲忠一，大艦巨炮派的福留繁當然不要說了，航空主兵派的大西瀧治郎也能混的如魚得水，最後居然爬上軍令部次長。要知道沒有海大學曆的大西瀧治郎如果在陸軍的話是連參謀本部的大門都進不去的。這種做法，往好處講是搞五湖四海，不搞小集團，但往壞處講就是和稀泥，所以整個聯合艦隊在山本的領導下也沒有個準主意，各搞一套，而山本也看不到，或者裝著看不到，因為他不知道看到了應該怎麼辦，山本的天性似乎不會炒人魷魚。
山本五十六作為舊日本帝國海軍軍人直到今日仍被稱為傑出的名將，作為敵對國的美國方麵對山本也是褒揚有加。另一方麵，山本也曾無視軍令部的作戰計劃，獨斷專行。在偷襲珍珠港和中途島海戰等戰役中，表現出很強的投機賭博心理。對於麾下的各艦隊司令官也不能進行適當的人事調整，流於人情而賞罰不明。也有人批評其缺乏實戰經驗，不能隨機應變。不過總體來看，世間對其的評價仍屬較高。