主力部隊，由聯合艦隊司令山本五十六上將親自指揮，下轄輕型航空母艦1艘、戰列艦7艘、輕巡洋艦3艘。驅逐艦21艘、水上飛機母艦2艘（攜帶袖珍潛艇），以及各類艦載飛機35架。其任務是控製中途島、阿留申群島作戰全局，間接支援北方的作戰，重點支援中途島作戰，同時攻擊美國艦隊。
北方部隊（阿留申部隊），由第5艦隊司令細萱戍子郎海軍中將指揮，分為5個支隊：北方部隊主力、第2機動部隊、阿圖島攻占部隊、基斯卡島攻占部隊和潛艇部隊。總計有航空母艦2艘、重巡洋艦3艘、輕巡洋艦3艘、輔助巡洋艦1艘、驅逐艦12艘、潛艇6艘，以及掃雷艦，運輸船等若於艘，艦載飛機82架。另搭乘陸、海軍登陸兵2450人。北方部隊的任務是空襲荷蘭港美軍海空基地，破壞阿達克島的美軍軍事設施，攻占基斯卡島和阿圖島，隨時準備迎擊美軍艦隊。
岸基航空部隊，由第11航空艦隊司令塚原二四三海軍中將指揮，轄輕巡洋艦1艘、驅逐艦3艘、運輸艦19艘（用於向中途島輸送岸基航空部隊），以及各種岸基飛機214架。其中36架零式戰鬥機由第1、第2機動部隊的航空母艦攜帶，準備在占領中途島後立即以島上機場為基地，實施空中作戰。該航空部隊的任務是偵察珍珠港方麵美軍艦隊情況，在各部隊實施中途島作戰期間，盡可能以太平洋各島嶼為基地，廣泛進行有效地空中偵察和警戒。
為盡快發動中途島戰役，日軍總計動用水麵艦艇206艘、艦載飛機約470架、岸基飛機214架、登陸部隊及基地設置部隊1.68萬人。動用如此龐大的海上兵力是日本海軍70年來從未出現過，僅燃油需要量就超過戰前日本海軍一年的耗油總量足見日軍對中途島戰役的高度重視和必勝的決心。
日軍作戰計劃規定，中途島的登陸日為6月6日。該計劃以登陸日為中心，詳細安排了各部隊的行動時間表。鑒於攻擊阿留申群島的目的之一是積極配合中途島作戰-二誘使美軍分兵，牽製美軍主要兵力，因此，攻擊將首先從北方開始。
按計劃，6月3日，北方部隊的第2機動部隊應對荷蘭港實施壓製性空襲。6月5日，開始在阿達克島和基斯卡島登陸。阿達克島的登陸作戰由阿圖島攻占部隊執行，並在摧毀島上軍事設施和在港灣、荷蘭港內布雷後快速把部隊撤走。6月11日，應在阿圖島登陸。
在中途島方麵，從5月下旬至6月2日，遠程偵察機和潛艇應對美軍情況進行先行偵察。在掌握準確情報後，6月4日黎明，第1機動部隊的艦載飛機從中途島西北250海裏的水域對中途島實施大規模空襲，目標是美軍航空兵力、防禦設施和附近的任何水麵兵力、登陸前一天（6月5日），應占領中途島西北60海裏處的小島庫雷島，以便直接支援中途島登陸作戰。6月6日，攻占中途島。爾後，各部隊嚴陣以待，準備迎戰前來救援的美軍艦隊。如果一周內美軍艦隊沒有動群，各部隊（包括阿留申群島的大部分部隊）應於6月13日分別返回，保存實力準備實施第二階段第3期作戰——切斷美澳之間的海上交通線。堵截退路，打擊增援。
三、美軍恃機以動
根據破譯的日軍密碼電報，到1942年4月上旬，美軍即獲悉日軍將很快發動奪取新幾內亞爾部的作戰行動，隨後將動用聯合艦隊的大部兵力，在太平洋正麵發動更具規摸的攻勢。據此，太平洋艦隊在派遣第17、第16兩支航空母艦特遣艦隊前往西南太平洋的同時，要求這兩支艦隊等到珊瑚海局勢稍硝穩定，立即返回珍珠港，準備回擊日軍的進攻。
1942年5月中旬，美軍根據新破澤的日軍電報，進一步掌握了日軍具體作戰計劃方麵的情報，對其作戰企圖、兵力基本編成，接近方向，以及進攻門期等情況了如指掌，明確了日軍將於6月3日和4日分別進攻阿留申群島和中途島。
然而，美軍可以用來抗擊日軍進攻的兵力屈指可數。“列克星敦”號航空母艦已經沉沒珊瑚海、“薩拉托加”號航空母艦雖已修好，此時正在美國西海岸參加訓練，後又因組織護航兵力而耽誤了時間，6月6日才抵達珍珠港，這場海戰也已經全練。“大黃蜂”號和“企業”號航空母艦奉命急速從南太平洋開往夏威夷，5月26日進入珍珠港，被擊傷的航空母艦“約克城”號原定3個月才能修複，但在3天之內便搶修完畢，準備參戰。這3艘航空母艦及其護航艦隻，是美軍當時能夠用於抗擊日軍進攻的主要兵力。
而對敵強己弱的局麵，尼米茲將軍首先作出的抉擇是：集小主要兵力誓死保衛中途島，放棄阿留申群島或者凋出部分兵力加強阿留申群島。他選擇了後者，於5月17日決定組成以第8特遣艦隊（巡洋艦部隊）為主的北太平洋部隊（含5艘巡洋艦、10艘驅逐艦、6艘潛艇）派往阿留申群島；5月22日，又將陸軍第11航空隊配屬北太平洋部隊，由羅伯特·西奧博爾德海軍少將統一指揮。