南雲接到這個報告大吃一驚。航圖室迅速計算的結果表明，美國艦隊離他隻有三百二十公裏。如果那十艘艦隻中有敵人的航空母艦的話，那麼南雲的四艘航空母艦此刻就處於相當不利的境地。因為“赤城”，“加賀”兩艘航空母艦上的魚雷機，幾乎全在下層甲板上重新裝掛高爆炸彈，無法立即派他們出發去攻擊美國艦隊；而對方的航空母艦卻可能已經派出飛機前來攻擊。
七時四十五分，南雲下令暫停對魚雷機的換彈，他需要重新估計一下形勢。但是日本人還來不及做出新的決定，美國飛機的第二次襲擊又開始了。來的是中途島的後續轟炸機。領頭的是十六架“無畏”式俯衝轟炸機，它們當然不是日本“零”式戰鬥機的對手。還沒有靠近敵人的航空母艦，就被擊落了一半；其餘的也被驅散。接踵而至的是十五架時速四百七十五公裏的B-17“空中堡壘”轟炸機。它們從六千米高空朝海麵星羅棋布的日本艦隊水平投彈。可惜由於瞄準精度太低，一顆也沒有命中。接下來的十一架“守護者”俯衝轟炸機，也沒有戰鬥機的護航，在敵人的防空炮火和戰鬥機的阻擊下，未能突破敵艦防線。
中途島美機對南雲艦隊的這兩次攻擊，雖然都未成功，但是卻打亂了日本人的作戰計劃。美軍多機型的輪番進攻，先是魚雷機，再是俯衝轟炸機，還有高空重型轟炸機，雖然未給日本艦隊造成損害，卻給南雲很大的壓力，使他感到中途島基地的厲害。同時，就在美機第二次襲擊的高潮中，八時零九分，南雲收到了“利根”號派出的偵察機發出的令他寬慰的消息：“十艘美國軍艦乃是五艘巡洋艦和五艘驅逐艦。”沒有航空母艦的美國艦隊是無法構成危脅的。於是，南雲下令繼續準備攻擊中途島的陸地目標。
但是十分鍾後，南雲收到了另一個危險的消息：“利根”號派出的偵察機用無線電報告：“發現敵艦隊，後方似乎隨有航空母艦。”艦隊的參謀們不相信，因為附近如果真有美國的航空母艦，他們早該發動進攻了。但是草鹿少將相信這個報告，南雲也相信。這位日本海軍中將根據經驗判斷：具有這樣規模的敵人艦隊，至少會有一艘航空母艦。
他下令立即停止給飛機裝掛炸彈，並換掛魚雷他要馬上發起對美國艦隊的攻擊。麵對美軍航母的威脅，日本人隻得把中途島暫時丟開了。換掛魚雷的緊急命令，使日本航空母艦的甲板上更加混亂。為了爭取時間，卸下的炸彈，都堆放在甲板上。
八時三十分，襲擊中途島返回的友永機群，已飛抵日本艦隊的上空。現在，南雲處於進退兩難的困境，他派往中途島的第一批突擊飛機，已經返航，需要立即讓他們在母艦上降落；第二批突擊飛機還未能起飛。還有那些保護航空母艦的“零”式戰鬥機，燃料快要用完了，也要降落加油。
要不要把飛行甲板上的攻擊機派出去攻擊敵艦呢？這些飛機還沒有換裝魚雷，隻能用裝在彈架上的殺傷力較低的炸彈去空襲，而且也沒有戰鬥機護航。而沒有戰鬥機護航的轟炸機去攻擊防衛森嚴的航空母艦，恐怕隻會落得個同剛才那些美國飛機同樣的下場。
這時如果馬上發動進攻，艦上的跑道被起飛的飛機占用，那麼油箱空空的友永機群，就無法返回母艦，日本海軍就將白白損失幾十名最優秀的飛行員。
經過短暫而艱難考慮，草鹿決定讓飛機先降落加油，於是停在“赤城”和“加賀”兩艘航空母艦甲板上的飛機再次入庫，給急待補充油料的“零”式戰鬥機和從中途島歸來的精疲力盡的襲擊者騰出地方。這一大批飛機，一架接一架著艦，總共花了四十分鍾的時間。當最後一架飛機的輪子觸到甲板時，已經是上午九時十八分了。
這時，南雲中將命令突擊艦隊把時速增至三十海裏，把前進方向從東南改為東北，暫時撤離美軍艦隊所在的方向。他要等艦上的飛機重新裝備好，再用他那龐大的海空力量，給美國的航空母艦以致命的打擊。
日軍四艘航空母艦上的人員，都在拚命地為三十六架俯衝轟炸機、五十四架魚雷攻擊機和為他們護航的戰鬥機，做著出擊前的最後準備。這項準備工作需要延續一個小時。時間緊迫，來不及把卸下的炸彈送到下麵的彈藥庫中去，而是匆忙地把它們堆在一邊。日本人怎麼也想不到，他們這樣賣力地擺弄魚雷和炸彈，恰恰是在安排自己的墳場！
當日本人避開美國艦隊的方向，在自己的航空母艦上埋頭為進攻飛機作準備的時候，美國飛機還是找到頭上來了。
九時二十五分，從美國“大黃蜂”號起飛的十五架“毀滅者”魚雷攻擊機，低低掠過海麵朝“加賀”號右舷飛來。他們經過二小時又二十分鍾的遠程飛行，已經相當疲勞了。更糟的是，為他們護航的十架“野貓”戰鬥機，此刻也同他們失散了。“野貓”為了占據對“零”式戰鬥機的有利高度，一直在高空雲上飛行。當雲層下的魚雷機發現敵艦隊的時候，不得不在沒有戰鬥機護航下投入進攻。
幾十架“零”式戰鬥機向他們撲來，二十毫米的機炮噴出猛烈的炮彈，這些老式的魚雷機毫無還手之力。當空中十五個黑點中的最後一個，化為一陣輕煙消失時，在艦上觀戰的日本水兵欣喜若狂，狂叫喝彩。然而喝采聲未絕，在艦隊邊緣警戒的驅逐艦就接連發出緊急警報：“敵魚雷攻擊機正從低空飛向右舷！”“敵魚雷機逼近右舷！”
這時是上午九時四十分，從美國“企業”號上起飛的十四架“毀滅者”魚雷攻擊機，也抵達了日本艦隊上空。他們同樣與自己的護航戰鬥機失散了。盡管如此，他們還是奮不顧身地向“加賀”號航空母艦發動攻擊。發出的魚雷，幾次險些命中目標，但是在猛烈的防空炮火和敵人的戰鬥機的阻擊下，進攻又一次失敗了。隻有四架“毀滅者”死裏逃生，返回了中途島。
日本人還沒來得及喘一口氣，上午十時整，南雲艦隊便遭到了美國艦載魚雷機的第三次攻擊。這次是來自“約克城”號航空母艦上的十二架“毀滅者”魚雷機，有六架“野貓”戰鬥機護航。當他們逼近“蒼龍”號航空母艦時，數量遠比“野貓”多的“零”式戰鬥機，已經把美國的護航機團團圍住。失去護航的美國魚雷機，對“蒼龍”號的攻擊，也未能取得戰果。最後隻有兩架美國攻擊機，逃脫了被擊落的命運。其它美國飛機，全部喪身海底。
這樣，從三艘美國航空母艦上派出的四十一架魚雷攻擊機，損失了三十五架，隻有六架勉強返航。
6月4日從黎明到現在，日本人的運氣似乎好得不得了。美國近百架轟炸機和魚雷機發動的五、六個批次的輪番空襲，竟然全部落空，而自己卻落得個大敗而歸。
上午十時二十四分，南雲艦載飛機的全部出擊準備已經完成，第一架護航戰鬥機已經滑出甲板起飛。南雲突擊艦隊的飛機就要實現對美國航空母艦的毀滅性打擊了。
差不多就在這同一時刻，三十二架從“企業”號上起飛的美國海軍“無畏”式俯衝轟炸機，由克拉倫斯·麥克拉斯基少校率領，已經飛臨日本艦隊上空。這批俯衝轟炸機是早晨七點多鍾從“企業”號上起飛的，已經飛了近三個小時。由於南雲的突擊艦隊一度改變航向，麥克拉斯基飛到預定的海域沒有發現目標後，轉而向中途島飛去。可是到了中途島也沒有發現敵人，所以又朝北飛回來搜尋敵艦。
上午九時五十五分，他在高空發現了一艘掉隊的日本驅逐艦激起的白色浪花。這艘驅逐艦正朝東北方向行駛。他判定這艘日艦可能是要追趕他的航空母艦編隊，便悄悄地尾隨著它。
他跟在驅逐艦後麵飛行了二十分鍾，什麼也沒有發現。這時他的機隊的燃料已經減少到了危險的程度，再往前飛就回不去了。但是他們不甘心，仍然決定再往前飛一兩分鍾。這時是上午十時二十分。
就在這時，麥克拉斯基少校和他的“無畏”式俯衝轟炸機的飛行員們，從高空看到海麵上的日本航空母艦，正在掉頭轉到迎風的方向，準備讓艦上的飛機起飛。麥克拉斯基立即下達攻擊敵艦的命令。他命令理查德·貝斯特上尉率領的中隊去攻擊南雲中將的旗艦——“赤城”號航空母艦，威爾默·加拉赫上尉率領的中隊，跟隨他本人攻擊“加賀”號航空母艦。
一聲令下，早就渴望為珍珠港報仇的美國飛行員們，個個奮勇爭先，往日本艦隊俯衝下去。
對於任何一個俯衝轟炸機的飛行員來說，這都是一幅蔚為壯觀的景象：
在洋麵上陣容龐大的戰艦，組成一個巨大的環形隊列，在這護衛圈的當中，是四艘大型航空母艦。更妙的是，在艦隊的上方和周圍，連日本護航飛機的影子都沒有；所有的飛機都排列在航空母艦的甲板上，似乎對它們的危險處境一無所知。
俯衝下去的加拉赫上尉，瞄準了畫在“加賀”號航空母艦飛行甲板上的太陽旗，那血紅的太陽的直徑，足有十五米。他俯衝到五百米的高度，投下第一顆炸彈，然後急劇拉起飛機。他目不轉睛地盯著他投下的炸彈，終於看到它在“加賀”號的飛行甲板的後部炸開了。接著，又有三顆炸彈飛往這艘航空母艦，在飛行甲板的前中後部分別炸開。飛行甲板上那些排得整整齊齊等待起飛的飛機，以及上麵日本海軍航空兵優秀飛行員們，霎那間全部被漫天大火所吞沒。“加賀”油煙滾滾，船身被烈火烤得發黑，船艙裏不斷發生爆炸，整個航母被籠罩在一片火海之中。
“加賀”號航空母艦的命運，把在“赤城”號上目睹這一切的草鹿少將驚得呆若木雞。他沒有注意到俯衝轟炸機也在向他這艘母艦撲來。突然，一道明亮奪目的爆炸閃光，照得"赤城"號航空母艦艦橋上的日本軍官眼花繚亂。一支往上高竄的火柱將他們掀翻在地。幾乎同時，艦上火焰亂竄，濃煙四起。