美国舰队从珍珠港启程出发的时间恰到好处。尽管山本五十六相当肯定地认为，“企业”号和“大黄蜂”号依然滞留在南太平洋水域，但是，他在6月1日还是下达命令，在夏威夷群岛水域部署潜艇，意图拦截任何从美国本土派往中途岛的航空母舰或大型作战舰只。即使这些日本潜艇不能击沉美国军舰，至少在6月3日攻击阿留申群岛的时候，日本其余战舰可以得到美国舰队是否启程的预警信息。山本还命令日本驻扎马绍尔群岛的水上飞机，在6月1日、2日和3日对夏威夷群岛水域进行不间断的搜索侦察，目的同样是为预防美国舰队的出现。但是，两支美国航空母舰特混舰队启航出港之时，山本派出的潜艇和水上飞机还都未抵达指定任务位置。日本人确信，“约克敦”号和“列克星敦”号航空母舰在珊瑚海海战中“已被击沉”——而山本五十六更是确信，哈尔西与他的“大黄蜂”号和“企业”号航空母舰，目前依然还在南太平洋水域。日本人没有丝毫的怀疑，他们会实现对中途岛发动突然袭击的作战目标。
在这期间，“海波情报站”处于满负荷高速运转状态之中。莱顿和罗奇福特的破译小组一连两天都在紧张工作，只偶尔在他们的无线电装置边上打个瞌睡。他们在为尼米兹随时提供他所需的战略军事情报，他们当前希望做到的，就是向这位指挥官呈送出色的战术情况报告。
“海波情报站”
美国太平洋舰队通信情报中心
夏威夷，瓦胡岛
1942年6月2日
6月2日，罗奇福特的密码破译员已破译出充分的“JN-25”密电信息，他可以告诉莱顿正在逼近中途岛的庞大日本舰队的部署情况——包括山本五十六亲自设计的、由其麾下七位指挥官以不同攻击顺序展开的行动操作计划。“海波情报站”工作小组使那些采取以静制动策略的美国人，对这个小环礁发起首轮攻击行动的，将是南云忠一海军中将率领的日本帝国海军“第一航空母舰攻击舰队”，珍珠港在12月7日遭遇灭顶之灾的始作俑者，就是这个人和这支舰队。
然而，无论是山本五十六海军大将，还是南云忠一海军中将，都没有对以下两个重要因素进行过慎重的考虑：第一，日本人不再拥有奇袭的要素了——美国密码破译者已对联合舰队的动向了如指掌；第二，山本和南云在关于美国人将做出如何反应问题上出现了误判，他们认为，鉴于某些“军人信誉”的顾及和考虑，尼米兹将会尽其全力加速对阿留申群岛的防御。
日本帝国海军“大和”号战列舰，联合舰队旗舰
中途岛环礁西北700英里处水域
1942年6月3日
当地时间：19时30分
日本人进攻阿留申群岛的准确时间表，已经为罗奇福特的密码破译员所预先掌握。从帝国海军“第二航空母舰攻击舰队”升空的轰炸机编队，对阿拉斯加本土之外的最大目标荷兰港发起攻击，而两支日本入侵部队则分别占领了两个杳无人迹的小荒岛——阿图岛和基斯卡岛。
在获悉舰队司令角田觉治对荷兰港成功攻击的消息后，山本五十六立刻告诫他的舰队，必须要保持警惕，切不可放松和懈怠，山本确信，美国人将毫无疑问地展开保卫他们领土的部署，他，在中途岛即将展开的“摧毁美国在太平洋上海军力量的决战”中，联合舰队必定会成为赢家。在日本，不会再有人——包括天皇与政客们——需要对另一次“杜利特突击”的发生而担惊受怕。
对中途岛战役结果的期待，使东京当局最终批准了山本五十六鲁莽大胆的作战计划。急于为杜利特打击而复仇——以及确保此类空袭事件不再发生——的迫切心态，充斥着日本最高层战略决策机构“帝国大本营内阁联席会议”[31]，这种气氛也影响到陆军参谋本部和海军军令部，致使他们对战略的选择和战术的判断陷入了盲目。
直到珊瑚海海战的一系列海上作战行动中，日本人充分有效地运用了他们那一套战略和战术理论。他们在投入行动之前，非常强调有效情报的搜集工作，主张使用压倒性的军事优势去打击敌人。军事行动的操作过程中，采用直截了当的作战计划，将打击力量集中于主攻点方向，并要求严格执行无线电通信军纪以保持奇袭的要素。
但是，在珊瑚海的战斗中，日本舰队的分散使用导致作战力量“裂解”，所衍生的一个结果便是招致战损。现在，当联合舰队向中途岛步步紧逼时，山本五十六又将他的海上作战力量分散为七个单独舰队单位，同时去攻击两个目标：阿留申群岛和中途岛。或缘于狂妄自大，或缘于疲劳奔袭，日本人鲜有确切情报供应，一个极其复杂的作战设计，竟不存在任何的无线电通信纪律约束。
不过，要去实现上述两个目标的作战力量，是绝对数量为145艘的战舰，还有富有作战经验的水兵和飞行员，在实力方面，日本联合舰队要超过美国太平洋舰队。山本五十六要履行将美国海军消灭在“日本的海洋”的诺言，钦点突袭珍珠港的帝国海军“第一航空母舰攻击舰队”——所谓的“机动部队”——来执行这项使命。这些踏上攻击美国基地航程的富有武士道精神的勇士，在海军中将南云忠一和航空作战指挥官渊田美津雄的率领下，发誓要将任何阻挡日本人前进步伐的仇敌扫荡干净。
面对实力如此强大的攻击舰队，尼米兹所能够集结起来的力量非常有限，只是驻守中途岛的海军陆战队作战单位，包括设置在这个环礁基地上的陆军、海军和海军陆战队航空兵飞行员；19艘潜艇配备着质量并不过关的鱼雷；八艘巡洋舰和18艘驱逐舰；两艘尚未接受实战考验的航空母舰——“大黄蜂”号和“企业”号，还有被打得遍体弹洞的“约克敦”号。但是，毫无疑问，美国的飞行员将从这些航空母舰的甲板飞上蓝天。
美国海军“企业”号航空母舰
中途岛环礁东北偏北155海里处水域
1942年6月4日
当地时间：10时45分
1942年6月4日，4时14分，位于东岛上的海军陆战队航空基地，依然笼罩在黎明前的黑暗中，但是，夜空的沉寂已被“卡塔莉娜”两栖巡逻轰炸机和陆军航空兵B-17型轰炸机引擎的怒吼声划破。巡逻机飞行员发回报告说，在中途岛西北大约200英里至250英里水域发现日本舰队，刚好越过了国际日界线，并指出确切方位在接近东经180度、北纬39度的洋面。B-17型轰炸机接到的命令是，对在中途岛以西水域所发现的任何大型舰船实施打击。
15分钟之后，在中途岛西北150英里处洋面上，108架日本作战飞机从隐匿于浓雾中的“第一航空母舰攻击舰队”起飞升空，而这恰好是“卡塔莉娜”水上飞机的巡逻警戒水域。南云命令他的航空母舰尽量接近中途岛，以便他的飞行员不至于超出返航的距离。
大约就在南云忠一发起第一轮攻击的时候，从中途岛基地起飞的B-17型轰炸机编队发现了一支日本水面支援船队，轰炸机飞行员和机组人员缺乏作战经验，操作熟练程度也不够，他们虽然投下了炸弹，但至多只能算是一次“收效有限”的打击。尽管，美国人击沉了一艘日本供油船，可是在这场战斗中，四架“卡塔莉娜”两栖飞机洒下了中途岛战役的第一滴血。舰队司令弗莱彻听取攻击的报告后，命令从“约克敦”号上起飞的搜索巡逻机，查明日本舰队当前位置所在，并将消息迅速传回美国航空母舰。
B-17型轰炸机、“卡塔莉娜”两栖轰炸机和PBY巡逻侦察机从中途岛升空差不多两小时后，日本攻击者出现在环礁上空，试图消灭美国守备部队并将美国飞机摧毁在停机坪上，再现他们在珍珠港所上演的那一幕。但是，第22海军陆战队航空大队的大部分战斗机、俯冲轰炸机和鱼雷攻击机都已在空中了。
日本人的空袭是猛烈的，但地面上的海军陆战队员也早有准备，他们用同样密集的防空炮火组成空中弹幕，对攻击者还以颜色。遗憾的是，执行空中警戒勤务的第221海军陆战队飞行中队，使用的是旧款布鲁斯特“野牛”战斗机，由于性能远逊于日本舰载机而被打得七零八落。仅五分钟的空中交火，该飞行中队便损失殆尽，三分之二的“野牛”式战机被击落。持续10分钟的空战在6时45分结束，日本人只损失掉六架飞机。当日本空中指挥官最后一次从一览无余的飞行基地上空掠过时，映入他眼帘的是，一个储油库起火燃烧，还摧毁了一个机库。这个景象他浑身上下直冒冷汗，他没想到攻击的结果会是这样。在地面上，仅有寥寥几架美国飞机起火燃烧——更糟糕的是，跑道依然完好无损！他飞回航空母舰，将情况告知南云忠一，要求准备对中途岛展开第二轮轰炸。
其间，一架从中途岛起飞的PBY两栖巡逻机发现了日本航空母舰。几乎就在同一时间，一架日本搜索机也发现了“大黄蜂”号和“企业”号航空母舰。两名飞行员各自将目标位置用无线电通知己方舰队，日本和美国的舰队司令立即分别准备行动，向对方作战舰群发起攻击。
由于半数攻击中途岛的飞机正在返航途中，南云忠一下令，开始为备用的舰载机添加油料，装配鱼雷和高爆炸弹，准备展开一轮对舰攻击作战。突然间，两批海军陆战队航空队的俯冲轰炸机和鱼雷攻击机，在日本人攻击行动开始之前飞临南云忠一舰队上空。它们是从中途岛机场起飞的。
尽管，美国航空队的攻击可以用“完全不成功”来描述——没有任何日本舰船被击中——可是，这场袭击却使南云忠一毫不怀疑，自己是遇到了美国陆基航空兵，他认为，在捕获美国航空母舰之前，首先要对付中途岛上的飞机和机场跑道。因此，南云下令更换作战飞机的武器配备，将他那些准备投入对舰攻击的飞机，再度重新装上对地攻击的弹药。在将近一小时的时间里，日本航空母舰飞行甲板呈现出一片混乱状态。由于要躲避美国鱼雷的攻击，航空母舰不得不在水面上做出大幅度机动闪避动作，这使舰上甲板的飞行员、机组人员、军械员和舱面舰员，处于一种左摇右晃、难以立足的境地，但是，他们顾不得这许多了，倾尽全力去试图实现南云的命令。
就在日本航空母舰在水面上乱成一团时，从中途岛方向而来的另一批美国飞机又出现在舰队头顶。海军陆战队少校洛夫顿·亨德森驾驶新型SBD“勇敢者”式俯冲轰炸机一马当先，紧随其后的是陆军航空兵的B-17型轰炸机和多架旧款“复仇者”式搜索轰炸机。面对突如其来的袭击，富有经验的日本舰炮手和战斗机飞行员采取紧急反制措施，为了躲避美国海军陆战队航空队和陆军航空兵攻击者的打击，“赤城”号、“苍龙”号、“飞龙”号和“加贺”号航空母舰，连续以急速转弯的闪避动作曲折行进，在太平洋的海面留下了一道道蛇形尾迹。对于那些置身飞行甲板和机库甲板的日本飞行员来说，要执行南云忠一的武器换装命令已经是不可能的事了。
南云忠一为实施对中途岛第二轮攻击而下达的军械换装命令，导致一个双重难题随之出现。执行第一轮打击任务的攻击机群，已经返航飞至舰队上方，因为油料所剩无几，这些空中战斗巡逻机和对地攻击机急需着舰。
南云忠一再次下达命令，将航空母舰飞行甲板上准备起飞的飞机移开，他想通过采取这个措施，为天上盘旋的机群腾出降落空间。这是他在那个早晨第二次下令了。疲惫困惑的全体日本机组人员，手忙脚乱地熄灭发动机，连推带拉，先把飞机挪到旁边，然后再用升降机将这些满载航空燃油和武器弹药的飞机，送到下面的航空母舰机库甲板。
8时30分，就在日本航空母舰陷入新一轮的混乱状态中时，美国潜艇“鹦鹉螺”号悄悄升起潜望镜并发射了两枚鱼雷。鱼雷虽然没有对日本战舰造成什么损害，但是，由于环绕航空母舰四周的日本驱逐舰不断投掷深水炸弹，致使海面动荡起伏、波涛翻卷，而南云的航空母舰也被迫做出连续的急转舵动作——继续释放和回收飞机的作业完全无法进行了，这场由潜艇释放鱼雷而引发的水面震荡持续有半小时之久。正在此时，第一批155架美国海军舰载机出现在南云的正上方。斯普鲁恩斯将“大黄蜂”号和“企业”号航空母舰上的全部轰炸机都派了出去，他手中只保留了第16特混舰队的36架战斗机，负责空中战斗巡逻。半小时后，弗莱彻从“约克敦”号航空母舰派出六架“野猫”式战斗机、16架“蹂躏者”式鱼雷攻击机和17架“勇敢者”式俯冲轰炸机。海军的“蹂躏者”鱼雷攻击机飞行员，不顾毁灭性防空炮火弹幕射击，冲破漫天旋动的“零”式战斗机构成的阻截网，率先对水面发起攻击，美国机群掠过翻腾着白浪的洋面，向日本航空母舰连续发动了三轮攻击波。
