由於要從JN－25得到情報非常費時，美國太平洋艦隊司令海軍上將切斯特·尼米茲到了最後一刻才掌握了日本艦隊行動目標的可靠情報。他立即召回了在太平洋西南方的航空母艦“企業”號和“大黃蜂”號以及因為參與珊瑚海海戰而正在珍珠港進行大修的“約克城”號。尼米茲決定以3艘航空母艦為主力，埋伏在中途島東北方向，尋機從側翼對毫無警覺的日軍艦隊實施突然襲擊，攻擊前往中途島的日本艦隊。參謀人員根據情報中獲取的日軍航線，在海圖上推算出美軍艦隊的最佳待機點——中途島東北200海裏海域。尼米茲確信這一點的選擇將會給美軍帶來扭轉戰局的好運，於是將此命名為“幸運點”。同時，尼米茲要求中途島上的官兵采取一切措施，加強島上的防務。但是與山本率領的日本海軍相比，美國太平洋艦隊司令尼米茲當時隻能湊集包括3艘航空母艦、8艘巡洋艦和6艘戰列艦在內的76艘軍艦，無論在數量和進攻能力上都處於明顯的劣勢。
5月28日晨，斯普魯恩斯海軍少將率領包括“企業”號、“大黃蜂”號在內的2艘航空母艦、6艘巡洋艦和9艘驅逐艦組成的第十六特混艦隊從珍珠港起航，先行開赴待機海域。兩天後，弗萊徹海軍中將率領“約克城”號航空母艦、2艘巡洋艦和5艘驅逐艦組成的第十七特混艦隊也出航了，並於6月2日在“幸運點”與第十六特混艦隊會合，靜候獵物到來。
在珊瑚海海戰受重傷的“約克城”號返回珍珠港時，給人的感覺是需要進行幾個月的維修才能恢複如初，可實際上隻經過72小時連續搶修後，“約克城”號的飛行甲板就已重新鋪平，內部也裝上新的鋼條支撐架，艦載機組成新的艦載機隊。尼米茲上將不惜一切地違反了許多海軍條例，就為了實現讓“約克城”號隨行的目標。在“約克城”號入港的僅僅三天後，它奇跡般地隨著美軍艦隊（第十七特混編隊）奔向中途島，展開其最後一次作戰任務。與此同時，日本海軍參加珊瑚海海戰的航空母艦“瑞鶴”號在位於特魯克的基地等待一批新的艦載機，受傷的“翔鶴”號則在基地進行維修。如果日本海軍沒有大意，以為美軍隻會派遣“企業”號及“大黃蜂”號兩艘航母迎擊“蒼龍”號、“飛龍”號、“赤城”號以及“加賀”號的話，那麼中途島海戰，將可能會有迥然不同的結局，日本人的狂妄已經鑄成了珊瑚海海戰的最終慘敗。
日本海軍的慘敗
日本聯合艦隊在海上航行數天，漸漸接近目標。按照“米號作戰”計劃，日本海軍在6月4號淩晨開始了行動，第一攻擊波機群開始從“赤城”號、“加賀”號、“飛龍”號和“蒼龍”號4艘航空母艦上同時起飛144架艦載機攻擊中途島。第二攻擊波飛機被提到飛行甲板上，準備迎擊美國艦隊。但是重巡洋艦“利根”號的2架偵察機因為彈射器故障，起飛時間耽誤了半個小時，“築摩”號的1架偵察機引擎又發生故障中途返航，這架飛機本應該正好搜索美國特混艦隊上空，這給日本艦隊埋下了失敗的禍根。
5時45分，霍華德·艾迪上尉駕駛一架從中途島起飛的“卡塔林娜”式水上偵察機首先發現南雲艦隊，他急忙向基地報告：“在距島180英裏以外的海上，發現敵人的航空母艦，同時有大批敵機正向本島飛來。”5時55分，中途島上的美軍雷達也發現來襲的日軍機群，中途島上立即鳴放警報，一切尚能飛行的飛機都全部升空，離開地麵，其中26架“野貓”式戰鬥機和“水牛”式戰鬥機撲向日軍機群，其餘的轟炸機和魚雷攻擊機則對日軍的航空母艦展開了進攻。不一會，日軍機群抵至距中途島30海裏處，26架美軍戰鬥機迎上前去，但由於美國戰鬥機的性能不佳，對抗不利，僅僅進行了15分鍾空中激戰，美軍戰鬥機就有15架被擊落、7架被擊傷。日機則絲毫無損，全部飛抵中途島上空。幸好美軍早有戒備，島上所有的飛機已經升空，避免了遭受地麵轟炸之苦，日本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轟炸。
日軍以損失6架飛機的很小代價完成了第一次攻擊。7時整，友永大尉率第一攻擊波飛機返航，並向南雲中將發出了有必要進行第二次轟炸的電報。7時10分，首批從中途島起飛的10架美軍魚雷轟炸機出現在南雲艦隊的上空，美軍飛機排成單行，撲向日本的航空母艦。在日軍戰鬥機瘋狂截殺和日本軍艦猛烈炮火下，美機如同飛蛾撲火般，一架接著一架墜入大海，一架跟著一架又重新撲上來，但卻無一命中目標。友永的報告和美機的攻擊，使南雲相信中途島的防禦力量還很強，於是南雲決定把原來準備用於對付美國軍艦的飛機改為對中途島進行第二次轟炸。此時，他仍然沒有發現美國海軍的艦隊。