尼米茲1942年5月上旬的中途島之行，是他在研究海圖產生某種預感後做出的決定。情報官員羅徹福特少校的估計與尼米茲的預感基本吻合，他認為日軍在太平洋發動攻勢，必將攫取或者繞過首當其衝的美軍據點中途島。但種種跡象表明，不可一世的日軍是不會視中途島於不顧的。因此，尼米茲盡管公務繁忙，且麵臨珊瑚海即將開戰的緊要關頭，還是決定忙裏抽空對中途島工事做一番視察。
5月2日，尼米茲及其參謀人員仔細視察了中途島的兩個小島——東島和聖德島上的全部防禦工事，他匍匐著走進炮兵掩體和地下指揮所，檢查了飛機庫和通信設施的操作情況，尤其檢查了中途島和珍珠港之間的海底電纜係統。這是一條舊的太平洋海底線路，依靠這條線路能夠直接用英語聯係，而不致受靜電幹擾或被敵人偵聽、破譯。
尼米茲要求島上官兵采取緊急措施，火速加強該島防衛。當視察結束後，數千米的鐵絲網、成千噸的彈藥、幾萬隻沙袋迅速運抵該島。防空炮群遍地林立，守備部隊已達2，000餘人。此外，PT魚雷快艇不分晝夜地在沿海區域裏巡邏並執行夜襲任務。20艘潛艇在離中途島100海裏、150海裏和200海裏的地方布置了三條弧形潛艇巡邏線。為了加強空防力量，大批飛機陸續在該島著陸，使島上飛機猛增至120架。
尼米茲對視察的情況很滿意，尤其對島上指揮官西裏爾·賽馬德海軍中校和地麵部隊司令、美國海軍陸戰隊哈羅德·香農中校之間的密切配合感到高興。在結束視察時，他問他們，麵對來自海上敵人的強大攻勢，為保衛中途島還需要一些什麼。對問題做了許多考慮的香農提出了一連串的要求。
“是不是解決了你需要的這些東西，你們就能守住中途島，打退敵人強大的海陸進攻？”尼米茲說。
“是的，先生。”香農回答說。
尼米茲笑了，而且顯得很輕鬆。他要香農把他提出的要求一一寫下來，並把他或賽馬德認為確保中途島所需要的其他儲備物資和補充兵員都寫上。第二天早晨，他和他的參謀人員飛返珍珠港。他就是常常以這種不事聲張的方式提高了島上守衛部隊的警惕性，增強了他們守島的信心。
5月的第二個星期，據無線電電訊分析，大批日本軍艦隻正在本國海域和馬裏亞納群島集結。羅徹福特及其助手認為，日軍確有攻占中途島的企圖。尼米茲同意這一分析，但認為也不能排除其他可能。
如何確定日軍的行動目標呢？這是一個需要煞費苦心研究探討的問題。尼米茲決定利用情報信息來解決這一難題，他極端重視情報的價值，認為通過情報來分析和推斷問題是一種理智的、科學的決策方法。他對於具有專長的情報官員也一向格外重視和積極扶持，羅徹福特海軍少校就是在整個太平洋戰爭期間與尼米茲有著非同尋常交往和接觸的情報官員之一。每逢重大決策，尼米茲都要求羅徹福特從情報分析的角度提供具體方案。
羅徹福特身材高大，是一位機警靈活的情報專家。他帶領24名經過嚴格訓練的情報人員，呆在珍珠港一個陰暗的加了雙鎖的地下室裏，整日埋頭於堆積如山的文件和電報之中。1942年4月和5月期間，日本聯合艦隊異常頻繁而神秘的電報，立即引起了羅徹福特的高度警覺，也引起了尼米茲的極大關注。美太平洋艦隊已經飽受珍珠港空襲之苦，無論如何不能放過任何危險的信號。尼米茲清楚，美國再也經受不起另一次打擊了。
尼米茲急令羅徹福特查清日方的無線電通信中不斷出現的“AF”字母代號的含義。羅徹福特是個密碼分析的專家，他能夠準確無誤地譯出日本海軍作戰的“JN25密碼。”這套密碼包含4，500個五碼一組的電碼，代表複雜的字詞和短語。對任何破譯者而言，破譯的關鍵是從不規則的電碼組中譯出同樣多的數字，進行編組並對照電碼本譯出。這絕不是一般人能夠完成的。
羅徹福特憑著情報專家的經驗和敏銳的感覺，認為“AF”可能是中途島的密碼代號。長期以來，夏威夷情報站注意到，日軍通常以A字起頭的字母組合標出美軍在中太平洋海區的部署。他們曾以AH代表1941年12月7日日軍襲擊的地點，以AG代表1942年初從馬紹爾群島起飛，中途在弗倫奇·弗裏格特淺灘潛水艇上加油的水上飛機。這些轟炸機接到通知，要避開來自AF的空中搜索。據此，羅徹福特推斷“AF”隻能是中途島及其附近地區的代號。
雖然羅徹福特相信自己的推斷是正確的，但這種推斷很難使各執一詞的決策人士信服。並且這個情報研判事關重大，關係太平洋司令部的戰略計劃和作戰部署，決不能出現差錯。於是，羅徹福特想出一個“兵不厭詐”的巧計，進一步證實自己的判斷。
5月10日，羅徹福特來到太平洋艦隊司令部，與尼米茲的情報參謀萊頓進行了商談。決定讓中途島用明碼電報向珍珠港發出電文，謊稱島上的淨水設備壞了，島上再沒有其他水源，這是一個嚴重的問題。尼米茲采納了這個建議，通過海底電纜發出了指令。於是，中途島發出一份假情報，以此觀察日軍無線電情報通信係統的反應。兩天後，夏威夷情報站破譯了一份日軍向總部發出的報告，聲稱：“AF”很可能缺乏淡水。
一切立時真相大白了。“AF”就是中途島的代號。羅徹福特小組以此為突破口，順藤摸瓜，一下子破譯了反映日方艦隊作戰計劃的所有通信。尼米茲領導的作戰室不僅清楚地掌握了日軍計劃奪取中途島的戰略企圖，而且還查明了參戰的兵力、數量、進攻路線以及大致上的作戰時間。
日軍對此渾然不知，還在一味幻想重現偷襲珍珠港的奇跡。5月25日，中途島戰役基本準備就緒，山本五十六和部下齊聚旗艦“大和”號，共祝未來的勝利。
然而，山本這回的如意算盤打錯了，他的對手已變成了不動聲色而異常精明的尼米茲。
夏威夷情報站的情報使尼米茲如獲至寶，他可以緊迫而又心中有數地排兵布陣了。顯然，對於兩個實力相當的棋手而言，若一方能夠看透另一方的棋步，他的勝率就會很高。
尼米茲首先加強對現有三軍部隊的領導，他向埃蒙斯將軍通報了他的計劃，然後下令部隊進入“戰前進攻”狀態。這樣，尼米茲把夏威夷地區除陸軍以外的所有部隊都納入了自己的指揮之下。埃蒙斯所轄的第7航空隊的大部分轟炸機也被派往中途島。