與偷襲珍珠港一樣，日軍把成功寄托於保守秘密。但是在珊瑚海，美太平洋艦隊司令尼米茲卻獲悉，對方即將對中途島發動大規模的入侵。
尼米茲之所以知道這一點，完全要歸功於他的作戰情報處。該處有約一百二十名工作人員，由約瑟夫·羅奇福特少校領導。這些情報人員日以繼夜地在珍珠港海軍司令部的地下室裏工作。這個地下室沒有窗戶，門是拱型的，裝著鐵柵大門，由衛兵日夜守衛。日本聯合艦隊發出的密碼電報有90％都被這些情報人員截收了。
由於情報及時，尼米茲決定把艦隊埋伏在中途島附近，給日軍迎頭痛擊。他知道盡管他的力量單薄，但也必須對付山本的挑戰。
美國的破譯人員不僅查明了有多少日本戰艦和部隊駛向中途島，而且獲悉參與這次行動的具體部隊番號，艦艇艦長的姓名，甚至艦隻的航線。
由於洞悉了日本方麵的計劃，美國太平洋艦隊就能將計就計，設置陷阱。尼米茲手下第十六和第十七特混編隊的指揮官弗萊徹少將和斯普魯恩斯少將奉命率領航空母艦埋伏在中途島東北三百二十公裏的海麵上。雖然尼米茲上將本人相信日軍的目標是中途島，但也有人不相信，因此他將埋伏的位置選擇在中途島東北方，這樣萬一敵艦不是開往中途島，他的航空母艦編隊也可以轉而保衛夏威夷或者美國的西海岸。
當南雲中將的四艘航空母艦離開瀨戶內海的次日，斯普魯恩斯少將率領他的第十六特混艦隊，包括“企業”號，“大黃蜂”號，六艘巡洋艦和十六艘驅逐艦駛出了珍珠港。兩天後，弗萊徹少將也乘著“約克城”航空母艦，率領第十七特混艦隊的另外兩艘巡洋艦，六艘驅逐艦出發了。
“約克城”號在珊瑚海戰中嚴重受損，一千四百名工匠為此辛勤的工作，本來預計要三個月才能修好的母艦，隻用了三天就完工了。
日本聯合艦隊司令部選定6月7日淩晨對中途島發起進攻。那時的月光對夜間登陸極為有利。並製定了詳細的作戰計劃：
預定在提前兩天，當南雲的艦隊到達中途島西北四百公裏處的時候，就對中途島發起大規模的空襲。南雲艦隊的飛機，不僅要摧毀中途島上的美國陸軍航空力量和防禦工事，而且要擊沉附近的所有美國戰艦。在這之後，一支由藤田將軍率領的小型水上飛機供應部隊，將在中途島西北九十六公裏的庫雷小島上降落，建立基地，一方麵接應登陸部隊，一方麵進行遠程偵察，監視誘入圈套的美國艦隊的來臨。6月7日天亮之後，日本海軍陸戰隊將在栗田少將的重型巡洋艦的炮火掩護下，對中途島的沙島和東島同時發動進攻，並強行登陸。在實施入侵的整個過程中，近藤中將的主要入侵艦隊將控製中途島南方和西南方。山本的戰列艦將守候在中途島西北一千公裏的洋麵上，南雲的艦隊則埋伏在中途島以東四百八十公裏處。在整個作戰海域周圍，部有三道日軍潛艇警戒線，監視敵艦的逼近，及早發出警報。
日本聯合艦隊司令部的如意算盤是：美國人會被對中途島和阿留申群島的同時進攻搞得暈頭轉向，以致在日軍登陸中途島之前，來不及組織認真的抵抗。
6月2日，南雲的突擊艦隊在沒有雷達幫助下，在濃霧中向著中途島的方向駛去。南雲和草鹿站在“赤城”號航空母艦的艦橋上，焦急地注視著周圍的濃霧。這濃霧雖然能把他們隱藏起來，但也給艦隻近距離間隔行駛帶來危險。由於能見度太差，無法派出彈射觀測機，使得整個艦隊成了睜眼瞎。
南雲不知道美國人的艦隊究竟在什麼地方。南雲的參謀班子有人認為：“即使美國人已經知道了我們的行動，並且已經出擊了，此刻離他們的基地也不會遠，當然也不會離我們很近。”因此，突擊艦隊應該按原計劃進攻中途島，其它人表示同意。