由于要从jn-25得到情报非常费时，美国太平洋舰队司令海军上将切斯特尼米兹到了最后一刻才掌握了能够用来埋伏日本舰队的可靠情报。
他立即召回了在太平洋西南方的航空母舰企业号(cv-6ussenterprise）、大黄蜂号(cv-8usshor）以及因为参与珊瑚海海战而正在珍珠港进行重大维修的约克城号(cv-5ussyorktown）。
任命雷蒙德斯普鲁恩斯少将代替患病的哈尔西中将指挥第16特混编队。尼米兹就准备以三艘约克城级航空母舰为主力，再加上约五十艘支持舰艇，埋伏在中途岛东北方向，攻击前往中途岛的日本舰队。
在珊瑚海海战受重伤的约克城号返回珍珠港时，看上去需要进行几个月的重大维修工程。经过七十二小时（根据《国家地理：战争风云》提供的资料为二十四小时）不眠不休的抢修，飞行甲板已重新铺平，内部也装上新的钢条支撑架，舰载机组成新的舰载机队。
尼米兹上将不惜一切地违反了许多海军条例，就为了达成让约克城号随行的目标。在约克城号入港的仅仅三天后，奇迹般的随着美军舰队（第17特混编队）奔向中途岛。展开最后一次作战任务。
与此同时，日本海军参加珊瑚海海战的航空母舰瑞鹤号在位于特鲁克（truk）的基地等待一批新的舰载机。
受伤的翔鹤号则在基地进行维修。如果日本海军没有大意，以为美军只会派遣两艘航母企业号及大黄蜂号迎击苍龙号，飞龙号，赤城号以及加贺号的话。那么中途岛海战。将可能会有迥然不同的结局。
6月4日凌晨
日本第一攻击波机群36架俯冲轰炸机、36架水平轰炸机和36架零式战斗机开始从4艘航空母舰上同时起飞，108架舰载机在永友文市海军大尉的率领下出发攻击中途岛。
南云中将命令侦察机搜索东、南方向海域，第二攻击波飞机提到飞行甲板上，准备迎击美国舰队。
但是重巡洋舰利根号的2架侦察机因为弹射器故障。起飞时间耽误了半个小时，筑摩号的1架侦察机引擎又发生故障中途返航（这架飞机本应该正好搜索美国特混舰队上空），给日本舰队埋下祸根。
6月4日拂晓
中途岛派出的“卡塔林娜”式侦察机发回发现日军航空母舰的报道，斯普鲁恩斯少将立即做出反应，准备攻击日军航母（其实法兰克弗莱彻海军少将是这次行动的总指挥。但是斯普鲁恩斯首先发动空袭）。美国舰队因为已经破解了日本海军“jn-25”的通讯密码，而对敌人的计划了如指掌。
6月4日清晨
日本舰载机向中途岛发动了猛烈的攻击。驻扎在中途岛的美军战斗机也全部升空，迎击来犯的日本战机。美军的轰炸机，包括了b-17型轰炸机也向日本舰队发动还击。
7时整
友永丈市大尉率第一攻击波机群准备开始返航，并向南云中将发出了需要进行第二次攻击的电报。
7时06分
由战斗机、鱼雷机、俯冲轰炸机所组成的117架战机，从斯普鲁恩斯少将所率领的第16特混编队大黄蜂号及企业号升空，奔向200海里外的南云舰队。8时40分，15海里以外的弗莱彻少将率领的第17特混编队约克城号起飞了35架战机。
7时10分
首批从中途岛起飞的10架美军鱼雷轰炸机出现在南云舰队的上空。美军飞机排成单行，扑向日航空母舰。在日军战斗机的截杀和日舰猛烈的炮火下。很快就击落了7架。友永的报告和美机的攻击，使南云中将相信中途岛的防御力量还很强，于是决定把原来准备用于对付美舰的飞机改为对中途岛进行第二次轰炸。此时，他仍然没有发现美军舰队。
7时15分
南云下令赤城号和加贺号将在甲板上已经装好鱼雷的飞机送下机库，卸下鱼雷换装对地攻击的高爆炸弹。
7时30分
南云接到利根号推迟半小时起飞的一架侦察机发来的电报。距中途岛约240海里的海面发现10艘美国军舰。南云命该侦察机继续查明敌人舰队是否拥有航空母舰，同时命令暂停对鱼雷机的换弹。就在南云等待侦察机的侦察结果时，空中再次响起了警报。
40余架从中途岛起飞的美军b-17轰炸机和俯冲轰炸机扑向南云的舰队。由于美军的轰炸机没有战斗机护航，结果很快的就被南云派出的零式战斗机击退。
8时15分
南云终于接到了侦察机传来的报告：美军舰队里确实有航母的存在。南云下令各舰停止装炸弹。飞机再次送回机库重新改装鱼雷，日本航空母舰的甲板上一片混乱。为了争取时间，卸下的炸弹，都堆放在甲板上。
8时30分
空袭中途岛的第一攻击波机群返航飞抵日本舰队的上空。还有那些保护航空母舰的战斗机也需要降落加油。南云处于进退维谷的境地。
第二航空母舰战队司令山口