中途島，位於亞洲與北美之間的太平洋航線正中，離美國舊金山和日本橫濱均相距約2，800海裏，距珍珠港約1，135海裏。它是美國在中太平洋地區的重要軍事基地和海洋交通樞紐，也是美軍在夏威夷的門戶和前哨陣地。尼米茲的對手山本五十六須臾不忘這個眼中之釘，意欲盡早除之而後快。因此，山本竭力讚同宇垣參謀長提出的進攻中途島的計劃，認為若能取勝美國而占領該島，則既可以將該島作為日機空中巡邏的前進基地，威逼夏威夷；又可誘出美艦隊，在決戰中予以殲滅。
知己知彼，百戰不殆。具有戰略眼光的尼米茲早在出任太平洋艦隊司令之初，就憑戰略家的直覺預感到這一戰事的來臨，隻是時間和方式尚不具體罷了。
雖然在戰場上尼米茲與山本五十六是你死我活的對手，但尼米茲對於山本五十六超凡的膽識和勇氣還是頗多讚賞的，這是一種英雄愛英雄的情結。尼米茲喜歡山本五十六這樣強大的對手，這可以喚起他真正決鬥的勇氣。他麵對挑戰從不畏怯，總是充滿必勝的信心，這是尼米茲的一貫作風。
1942年6月3日，珍珠港地區氣氛緊張，海岸上了無人跡，海軍船廠實行了燈火管製，機器維修車間關閉，工人配發了槍支，港口內停泊的軍艦上，炮管林立，織成了一張密集的防空網。
從拂曉開始，太平洋艦隊司令部就處於高度戒備狀態，高級參謀們各就各位。
敵方時斷時續的電報顯示，日軍對阿留申群島的牽製性攻擊已經打響。阿留申群島位於太平洋北部，由一連串鏈狀島嶼組成，屬難以開發的蠻荒之地，戰略地位並不顯著。日軍對其發動進攻，無非是分散美軍兵力，擾亂戰局，以掩飾對中途島的戰略企圖。
日軍在阿留申群島從午時開始的空襲，由於霧氣迷蒙，幾乎未對美方造成任何損失。
次日，日機再次空襲阿留申群島上的荷蘭港，數架日機被美方擊落，美方除營房、倉庫著火之外，別無更多損失。
日軍的阿留申群島的牽製之戰似乎是畫蛇添足的一筆，對戰局影響甚微。
尼米茲等人沒有過多理會阿留申群島的戰況，他們在難挨的一分一秒的時光中，焦急地等待著來自北麵和西麵海上偵察機的消息。羅徹福特留在那間不透風的地下室裏，搜索和分析著日方戰艦的動向。尼米茲夜以繼日地工作，24小時不離辦公室，他在辦公室的一角放了一張行軍床，疲倦時在上麵稍微休息一下。萊頓則占據了外間辦公室的一角沙發。
漫長的夜晚，美日兩國艦隊無疑正在微波起伏的洋麵上緩緩靠近。他們是否已經彼此發現對方了？中途島已經久無消息，日軍艦隊主力是否已經接近中途島？疑團像煙霧般四處彌散，緊緊窒息著尼米茲緊張不寧的心。
6月4日淩晨，終於傳來“卡塔林娜”偵察機發回的片斷消息：“主力……方位262度，距離700海裏……11艘軍艦，航向090度，航速19節。”
不到半小時，另一架巡邏機報告，有6艘艦隻從西南方向朝中途島駛來。
太平洋艦隊通信官莫裏斯·E·柯茨拿著有關報告，敲響了尼米茲辦公室的房門。尼米茲匆匆看完電報，突然興奮地從座位上站起來。
他激動地晃動著手中的電報，對站在一旁的萊頓說：“萊頓，快看看這份報告寫的是什麼？”
尼米茲有些喜形於色了，仿佛一幅窗簾突然拉開，一切都變得明朗了。漫長夜晚的焦慮和等候終於有了結果，事情按照他所預料的那樣進行著，這意味著戰局的發展將不再是一盤散沙，而是有規可循，有機可乘的。
“這該使你寬心了。”萊頓輕聲笑著說，“現在一切疑慮都澄清了。那些懷疑我們推測的人，看到這種情況將不得不承認我所講的是正確的。”
尼米茲向中途島和特混艦隊司令專門發了一份電報：“情況的發展正如所料。航空母艦是我們最主要的目標，其位置應立即找到。明天可能是你們給敵人以沉重打擊的一天。”6月3日，太平洋艦隊作戰紀要的結束語預言：“未來兩三天內，戰鬥的發展情況將影響太平洋戰爭的整個進程。”
中途島天色微明的時候，沿著雲層邊沿向西北方向巡邏的偵察機給中途島發回了一份明碼急電：“2艘航空母艦和主要艦艇，方位320度，航向135度，航速25節，距離180海裏。”
這份電報很快轉發給了太平洋艦隊司令部。
尼米茲閱後不由一驚，萊頓的預報何其準確！誤差隻為5海裏、5度和5分鍾。“卡塔林娜”偵察機發現的戰艦正是美軍艦隊期待已久的目標——南雲指揮的航空母艦第1突擊編隊。就是這支編隊的戰機，在6個月前，神不知鬼不覺地降臨珍珠港上空，像惡魔的巨手一般搗毀了尚在夢鄉中的軍港。如今，它特意選擇5月27日日本海軍節這一天，氣勢洶洶地殺向中途島，試圖重建37年前東鄉平八郎海軍大將在對馬海戰中創造的赫赫戰績，一舉將美太平洋艦隊置於死地。
淩晨6時整，南雲艦隊的108架艦載機發起了空襲中途島的第一攻擊波。它們當中有俯衝轟炸機、魚雷轟炸機，“零式”戰鬥機擔任護航。當中途島上的偵察雷達發現了93海裏之外的日軍後，島上海軍陸戰隊的28架戰鬥機升空迎敵，實施空中攔截。但美機性能不佳，對抗不利，僅僅進行了15分鍾空中激戰，美機即敗下陣來。日機秋毫不損，全部飛抵中途島上空。
顯然，日軍對中途島的進攻已在所難免。6點25分，尼米茲收到了一份經海底電纜發出的6字簡短電報：“中途島遭空襲。”
好在美軍早有戒備，島中所有飛機已經升空，避免了遭受地麵轟炸之苦。日軍轟炸機隻能對東島機場、桑德島機庫、機場跑道及其他地麵設施進行襲擊轟炸。
日軍以損失6架戰機的很小代價完成了第一次攻擊。中途島損失嚴重，機場、油庫、海上飛機滑行坡道、營房、餐廳等處均遭毀壞，並有15架美戰機被擊落。
在得知中途島遭襲擊之後的兩個小時內，尼米茲沒有收到來自前線部隊的任何消息，他似乎隻有通過想像來猜測戰爭的進展情況。無線電的靜默有時令尼米茲無比焦慮和沮喪。直到8點多鍾，中途島才發來一份令人傷感的短電：33架魚雷轟炸機被擊落，僅剩3架戰鬥機未遭破壞。我俯衝轟炸機去向不明。報告顯示的損失使尼米茲不寒而栗。日軍似乎已經贏得了初步勝利，美軍在短短的兩個小時內損失了33架魚雷轟炸機，而日本海軍卻損失極微。一種悵然若失之感頃刻間攫住了尼米茲的心。他很清楚，如果敵人在中途島獲勝，戰爭的天平將即刻倒向日方。
尼米茲眉頭緊鎖，猶如籠中困獸，在房間中不安地來回走動。萊頓走了進來，將一份由羅徹福特破譯的日軍電報交給尼米茲。電報的內容是：發現10般敵人艦隻，方位10度，離中途島240海裏，航向150度，航速20節以上。這證明日方偵察機已經發現了美軍艦群，但尼米茲關心的是，日方是否已經確認這是美太平洋艦隊的航空母艦編隊。
萊頓的回答是明確的。他認為從電報顯示的內容來看，日軍沒有發現美航空母艦。
這時候兩軍相距約150海裏，正好在有效攻擊半徑之內，日軍的航空母艦離中途島也隻有150海裏。
南雲忠一中將在8點10分左右時，的確沒有發現美航空母艦，日偵察機的報告是：“美艦為5艘巡洋艦和5艘驅逐艦。”南雲的參謀長草野主張第二波攻擊中途島，回頭再來對付這10艘軍艦組成的普通艦隊。
然而幾分鍾之後，日偵察機又發回一份語意模糊的電文：“敵艦似乎由1艘航空母艦殿後。”
戰後得知，當南雲確認美方航空母艦陣容之後，自然采取緊急措施，但他麵臨一個戰術的選擇問題。一是馬上動用後備飛機發起一次進攻，但“赤城”號、“加賀”號上的大部分魚雷機都已裝上了準備轟炸中途島的炸彈，是先撤換彈藥，還是即刻起飛呢？而且，如果是即刻起飛，完成襲擊中途島任務後，這些飛機在戰鬥結束前將繼續留在空中盤旋，其中的一些飛機經過遠距離飛行而油料不足，很可能掉進海裏；二是在發動攻擊之前，回收第一攻擊波機群以及正在進行戰鬥巡邏的第二攻擊波戰鬥機，以便重新裝滿彈藥和油料。這樣將可能發動一次較強的攻勢，但至少需要1個小時的時間，美軍飛機將完全可能利用這段時間發起對南雲艦隊的襲擊。如果美機恰巧在日軍為飛機補充彈藥和油料之時進行轟炸，日艦將麵臨致命的打擊。