帕克斯的第一分隊旋即升空，柯廷的第四分隊緊接著起飛。在實戰中並沒有執行前一天晚上精心製定的作戰方案。帕克斯率領的布魯斯特式機有6架，而不是原計劃的4架，而柯廷和他的僚機達雷爾·D·歐文少尉兩人則自成一個分隊。接著凱裏率其餘的野貓式機起飛。馬裏恩·E·卡爾上尉及其僚機克萊頓·M·坎菲爾德少尉也起飛了。他倆爬升時，卡爾覺得飛機速度不正常，就讓坎菲爾德跟上去支援凱裏。
這幾架野貓式機還沒有飛出中途島的視界範圍，麥卡錫和科裏的兩架飛散的飛機就從無線電中報告說油料將盡，懇求讓他們進場。麥考爾告訴他們，敵人的襲擊已迫在眉睫，要他們迅速降落加油，再火速起飛。
與此同時，阿米斯特德已率領本分隊6架F2A機升空、盤旋待命。這時，從對日機進行有效跟蹤的雷達上，情況已顯得很清楚。正如凱姆斯回憶所說，“通過我們的雷達設備上可以發現，敵向我進攻的方式是最簡單的一種。他們飛得很高，大約在1.1-1.2萬英尺。所以，沙島的大型雷達很容易捕捉到它們。敵機成一批直逼目標而來。”於是中途島命令阿米斯特德和亨尼西轉向320°，這樣他們就能夠助同伴一臂之力。
凱裏的3架野貓式最先與來犯日機遭遇。凱裏飛得較高，而且目光敏銳，他先發現了敵人。6時12分整，他抓起報話機喊道，“發現目標1鷹在天使十二！”這是在告訴中途島場站以及其他美國飛行員，他在12萬英尺高空發現了轟炸機。這批日機可能是“飛龍號”和“蒼龍號”的高空轟炸機。當初從母艦上起飛時共18架，但其中一架因發動機中途出了故障，被迫返航了。據南雲說，6時16分時這批飛機“在距離中途島大約40海裏處遭到敵F4F機長達15分鍾的攔截”。
凱裏發現，敵戰鬥機並不像人們所料想的那樣在機群前為轟炸機開路，而是飛得比轟炸機稍後略偏高。這就使凱裏得以迅速向轟炸機發起攻擊，而不至於被零式機追上。他駕著野貓式機一個平穩的橫滾，呼嘯著俯衝下來以增加速度。他在瞄準具中牢牢地抓住一架領隊機。飛機的擋風玻璃被子彈打裂，但他全然不顧，繼續攻擊，親眼看著敵機在前麵爆炸。
凱裏迅速拉出V形，直衝向上，一個外側滑急轉彎，向飛機編隊的後部飛去。他再次高速飛回時，飛機被一架敵轟炸機尾部機槍擊中，鋼鐵碎片飛進了他的雙腿。
坎菲爾德一路隨著凱裏。他全力對付敵第二隊的第三號機，“直到它爆炸並起火墜落”。在發起攻擊過程中，他發現幾架日本戰鬥機從左側成一路向他俯衝過來。為甩掉這些零式機，他飛向大約5海裏外的一朵大雲彩。繞著它飛了一圈後，他回頭一看，隻見一架日本轟炸機拖著一道長長的黑煙正在海麵燃燒。敵戰鬥機已經看不見了，於是他追上了“正在歪歪倒倒地”向中途島大致方向上飛的凱裏。
凱裏雙腿負傷，疼痛鑽心，無法正常踩方向舵。坎菲爾德擔負起領隊的責任，引導他的上級一路借助雲層的掩護返航。凱裏兩腿血肉模糊，疼痛難忍，有兩次幾乎昏厥過去，但他以堅韌的毅力繼續向前飛。坎菲爾德率先降落。他的起落架在降落時摔壞了。飛機剛停止滑行，他就跳了出來，剛好在日本人空襲前眺進了塹壕掩體。凱裏緊跟著降落，但飛機著陸時他覺得無法駕馭它，因為他無力踩刹車，加之飛機的兩隻輪胎已被打穿。他的野貓式機滑出跑道，撞進一個飛機掩體。有兩個人跳上去，把他從飛機裏拖出來，拖到掩體後麵。他們剛躲到這個作用不大的掩體背後，炸彈就落下來了。
與此同時，卡爾向敵機群開了火。他想回頭看看戰績如何，卻發現好幾架零式機尾隨上來。他大吃一驚，趕緊加大油門，筆直向下俯衝。日機追到3000英尺高度就不再追了，顯然是擔心如不能及時恢複水平飛行就有墜入大海的危險。卡爾再次爬升到2萬英尺，但這時這裏的戰鬥已經結束，所以他又飛回中途島上空。他發現距基地大約2海裏處有3架零式機正在低空盤旋。他就以45°全速朝這幾架日機衝去。卡爾進入了一架零式機的盤旋軌道，從後麵把它緊緊咬住。他向敵機一陣點射，敵機側身直向下栽。卡爾最後看見它時，見它拖著濃煙，幾乎是筆直地栽了下去。
另外兩架零式機向卡爾撲上來，卡爾遁入雲層躲避。其中一架日機停止了追擊。另一架繼續逼進，向野貓式機嘟嘟嘟一陣猛烈射擊。卡爾見零式機高速追上來，決定使用柔道技術，用敵人自己的力量擊敗敵人。他故意突然把野貓式的速度放慢，進入滑行。零式機速度極快，一下竄到他的前麵，上了個當。當它從卡爾身邊飛過時，卡爾連連射擊。他又想在零式機飛入他的瞄準具時把它揍下來，但他的幾挺機槍都出了故障。小心即大勇，卡爾又遁入雲層之中，從而什麼目標也觀察不到了。他在1萬英尺高度上一直盤旋到戰鬥結束，收到無線電命令時才降落。